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柔性关节机械臂轨迹规划及振动抑制研究

谭加林 肖正明 伍星 郑胜予

谭加林, 肖正明, 伍星, 郑胜予. 柔性关节机械臂轨迹规划及振动抑制研究[J]. 机械科学与技术, 2023, 42(4): 504-511. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200633
引用本文: 谭加林, 肖正明, 伍星, 郑胜予. 柔性关节机械臂轨迹规划及振动抑制研究[J]. 机械科学与技术, 2023, 42(4): 504-511. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200633
TAN Jialin, XIAO Zhengming, WU Xing, ZHENG Shengyu. Research on Trajectory Planning and Vibration Suppression of Flexible Joint Manipulator[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2023, 42(4): 504-511. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200633
Citation: TAN Jialin, XIAO Zhengming, WU Xing, ZHENG Shengyu. Research on Trajectory Planning and Vibration Suppression of Flexible Joint Manipulator[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2023, 42(4): 504-511. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200633

柔性关节机械臂轨迹规划及振动抑制研究

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200633
基金项目: 

国家自然科学基金项目 51965025

国家重点研发计划项目 2018YFB1306100

云南省重点研发计划国际科技合作专项 202003AF140007

云南省基础研究计划面上项目 202201AT070103

详细信息
    作者简介:

    谭加林(1997-), 硕士研究生, 研究方向为振动控制, 1172488831@qq.com

    通讯作者:

    肖正明, 教授, 博士生导师, 5636482@qq.com

  • 中图分类号: TH113

Research on Trajectory Planning and Vibration Suppression of Flexible Joint Manipulator

  • 摘要: 针对工业机器人多自由度复杂机械臂系统, 对其建立多刚体运动学模型, 仿真验证末端运动轨迹的真确性。在此基础上, 对机械臂系统的末端关节进行柔性化处理, 添加随机柔性扰动, 得到刚柔耦合机械臂较为真实的末端轨迹曲线。提出了基于混沌粒子群优化算法(CPSO)的振动抑制方案, 通过CPSO算法对机械臂末端轨迹的插值参数进行优化, 定义了柔性末端的振动变形最小的目标函数, 并给出了具体的求解步骤。数值仿真结果表明, 在满足系统约束条件的情况下, 机械臂运行平稳, 不存在角速度突变的情况, 相比于基本粒子群优化算法, CPSO算法保证了粒子群体的随机性, 提高了群体的多样性, 且收敛速度较快, 不会陷入局部最优, 在CPSO优化下的柔性末端轨迹振动明显减小, 从而说明CPSO算法能够有效优化轨迹规划参数, 减小机械臂柔性末端的振动变形。
  • 图  1  QJR6-1工业机器人自由度分布

    图  2  柔性关节示意图

    图  3  机械臂末端轨迹

    图  4  数值仿真下的末端轨迹图

    图  5  柔性化前后末端轨迹对比

    图  6  CPSO算法优化流程图

    图  7  PSO与CPSO优化对比

    图  8  CPSO适应度曲线

    图  9  优化前后末端轨迹对比

    表  1  QJR6-1机器人D-H坐标

    i θi/(°) di/mm ai/mm αi/(°)
    1 θ1 0 160 90
    2 θ2 0 580 0
    3 θ3 0 130 90
    4 θ4 688.5 0 90
    5 θ5 0 0 -90
    6 θ6 108 0 0
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    表  2  伺服电机参数规格

    参数 数值
    额定转矩 2.39 NM
    额定电流 4 A
    线电阻 2.01 Ω
    反电势 40 V
    转动惯量 1.51×10-4 kg·m2
    额定转速 300 r/min
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    表  3  各关节角速度 °/s

    jt1 jt2 jt3 jt4 jt5 jt6
    36 9 9 0 0 0
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    表  4  各关节转角范围

    关节i [θimin, θimax]
    1 [-168°, 168°]
    2 [-89°, 150°]
    3 [-111°, 87°]
    4 [-170°, 170°]
    5 [-125°, 125°]
    6 [-360°, 360°]
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  • 收稿日期:  2021-05-12
  • 刊出日期:  2023-04-25

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