The invention provides a method for optimizing the parameters of a driving system of a high-speed parallel robot, which belongs to the field of robot technology and application. Firstly, the inverse kinematics model and inverse dynamics model of the high-speed parallel robot are determined, and the time of the robot completing a standard motion is taken as the index to measure the rapidity of the robot; the parameter performance map is drawn by setting the index and the range of the equivalent inertia of the robot driving system; and the performance map is directly inversed. The relationship between the rapidity of robot and different motor power, instantaneous maximum torque, rated torque, motor inertia and deceleration ratio of reducer is reflected. The performance level of robot with different combination of servo motor and decelerator is compared, and the optimal combination of servo motor and decelerator is obtained. The invention does not need trial-and-error verification, reduces the calculation amount, improves the optimization efficiency, and guides the optimization selection of motor and reducer parameters based on the actual performance of the robot, which can effectively improve the dynamic performance of the robot system.
【技术实现步骤摘要】
一种高速并联机器人驱动系统参数优化选型方法
本专利技术属于机器人技术与应用领域,具体涉及一种高速并联机器人驱动系统参数优化选型方法。
技术介绍
高速并联机器人目前被广泛用于塑料工业、电子产品工业、药品工业和食品工业中的各种拾放、分拣类操作生产线上。高速并联机器人系统包括:控制系统、驱动系统和机械本体。其中驱动系统包括伺服电机和减速器,机械本体由多个运动支链共同连接到末端执行器上,末端执行器具有三个移动自由度和一个转动自由度。工作时,通过控制系统将机器人所要执行运动的指令发给驱动系统,再通过驱动系统产出运动和力,驱动并联机器人机械本体的各个支链,由多个支链共同带动末端执行器运动。相比传统串联机器人由于各运动副误差累积导致的末端精度一般、刚度一般、负载惯量大,速度一般的问题,高速并联机器人具有负载惯量小,自身结构模块化易加工,高速高加速和动态响应好的优点。随着高速分拣行业对机器人性能要求越来越高,需要从机器人的各个方面进行优化来提高其速度、动态响应性、生产效率和质量等。伺服电机和减速器,作为机器人基本驱动单元,将力和运动传递到机器人的执行机构,因此从很大程度上影响了机器人的动力学特性,同时还影响机器人整体结构、体积、功耗、制造成本、产热和安全性等因素。因此伺服电机和减速器参数的优化选型对于高速并联机器人性能的提升具有十分重要的意义。传统的伺服电机和减速器参数优化选型方法主要是根据工作条件的要求,计算出机器人的功率、输出转速和输出转矩等,再通过试凑的方法选出满足工作要求的伺服电机和减速器的型号组合。当备选伺服电机和减速器方案众多时,这类方法计算量大,操作难度大, ...
【技术保护点】
1.一种高速并联机器人驱动系统参数优化选型方法,其特征在于,包括以下步骤:1)确定高速并联机器人的逆运动学模型和逆动力学模型;高速并联机器人的逆运动学模型为采用闭环矢量法建立的机器人末端执行器位置、姿态和驱动关节转动角度的映射关系;根据机器人的逆运动学模型,采用虚功原理的方法,建立机器人逆动力学模型;逆动力学模型反映机器人末端执行器的位置速度、加速度和驱动关节所需驱动力矩的映射关系,表达式如下:
【技术特征摘要】
1.一种高速并联机器人驱动系统参数优化选型方法,其特征在于,包括以下步骤:1)确定高速并联机器人的逆运动学模型和逆动力学模型;高速并联机器人的逆运动学模型为采用闭环矢量法建立的机器人末端执行器位置、姿态和驱动关节转动角度的映射关系;根据机器人的逆运动学模型,采用虚功原理的方法,建立机器人逆动力学模型;逆动力学模型反映机器人末端执行器的位置速度、加速度和驱动关节所需驱动力矩的映射关系,表达式如下:其中,τ表示驱动关节所需力矩,I表示与惯性力有关的机器人机械本体惯量矩阵,C表示与科氏力和向心力有关的科氏矩阵,G表示重力项,表示机器人末端执行器加速度,表示末端执行器速度;2)定义一个反映高速并联机器人快慢水平的标准运动:令机器人末端执行器在其工作空间中间水平面开始运动,先上升25mm再水平移动305mm然后下降25mm,然后再原路返回,作为该机器人的一次标准运动;确定衡量高速并联机器人快速性的指标:将高速并联机器人完成一次标准运动的时间作为衡量机器人快速性的指标,记为T;3)给定任意T的取值,采用现有的轨迹规划方法(如B样条、S曲线等方法)对机器人末端执行器的位置χ、速度和加速度进行规划,则对于任意给定的T值均得到机器人位置、速度和加速度关于时间的函数;基于步骤1)确定的机器人逆运动学模型和逆动力学模型,得到机器人运动过程中t时刻驱动关节的力矩τ(t),t时刻转动角加速度和运动过程中的t时刻最大转动角速度对于T相应的参数表达式;4)令机器人伺服电机处于正常工作状态,则步骤3)得到的三个参数τ(t),和分别符合以下条件:其中,为高速并联机器人驱动系统等效惯量,表达式如下:JM为伺服电机惯量,n为减...
【专利技术属性】
技术研发人员:刘辛军,韩刚,谢福贵,孟齐志,
申请(专利权)人:清华大学,
类型:发明
国别省市:北京,11
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