工业机器人焊缝轨迹对驱动能量的影响研究
1. 引言
智能制造是工业4.0的核心,工业机器人尤其是焊接机器人的研究与应用日益受到关注。提高机器人性能是紧迫问题,当前及未来,智能工厂中机器人使用数量大、运行频率高、工作周期长,导致生产中能耗高。因此,降低能耗以减少成本、提高生产效率迫在眉睫。
降低机器人成本和提高加工生产率的方向有很多,例如:
- 优化加工轨迹。
- 调整进给速率。
- 优化技术参数。
- 减少加工时间以降低加工过程中的能耗。
不过,生产计划和操作的优化方向依赖管理水平和外部组织,未触及生产设备的运行本质;技术参数的优化研究依赖加工对象,参数随材料、纹理和加工方法变化,需大量测试和统计,耗费时间和成本。而基于最优轨迹、加速度变化率和进给速率优化能耗的研究,涉及机器人运动学和动力学本质,具有可行性和高成本效益,可从机器人结构设计、轨迹设计和优化算法等基础研究入手。
此前已有很多关于生产中能耗的研究,但主要集中在数控机床的切削过程,且多通过实验研究。近年来,随着工业机器人在工业生产中的广泛应用和全球能源短缺的挑战,工业机器人的能耗问题才受到关注。
本文聚焦于研究工作空间中焊缝对六自由度(6DOF)FD - V8工业焊接机器人关节驱动能量的影响,通过多体力学理论和工业机器人理论建立数学模型,利用AVG方法求解逆运动学问题(IKP),基于拉格朗日 - 欧拉能量微分方程建立动力学方程,通过求解逆动力学问题(IDP)确定关节驱动扭矩。
2. 材料与方法
2.1 运动学和动力学建模
考虑6DOF工业焊接机器人FD - V8的运动学模型,
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