[发明专利]一种高速并联机器人驱动系统参数优化选型方法

说明书

本发明提出一种高速并联机器人驱动系统参数优化选型方法，属于机器人技术与应用领域。该方法首先确定高速并联机器人的逆运动学模型和逆动力学模型，将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；设定该指标及机器人驱动系统等效惯量取值范围，绘制参数化性能图谱；通过性能图谱直观反映机器人快速性与不同电机功率、瞬时最大力矩、额定力矩、电机惯量和减速器减速比的关系，比较机器人配合不同伺服电机和减速器组合所能达到的性能水平，得到最优的伺服电机和减速器组合。本发明无需试凑和反复验证，减小了计算量，提高了优选效率，以机器人实际性能为导向指导电机和减速器参数优化选型，可有效提升机器人系统动力学性能。

技术领域

本发明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。

背景技术

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，效率低。所选出的方案受到主观因素的影响，不具有很强的说服力也不能保证选出最优的伺服电机和减速器组合。专利“一种多自由度机器人腕部电机、减速器的计算与选型方法”在上述方案的基础上提出一种多自由度机器人腕部电机、减速器的计算与选型方法，通过反复计算和验算可以得到符合要求的电机和减速器型号组合。然而该方法主要是根据工作条件和性能要求选出可行的伺服电机和减速器组合。而没有办法直观地显示机器人配合不同伺服电机减速器所达到的性能水平。

目前尚没有一种方法能够高效地选出使并联机器人性能最优的伺服电机和减速器组合。并且对于高速并联机器人的伺服电机和减速器优化选型问题，大部分选择指标和方法多是直接沿用串联机器人的经验指标和方法，并没有以并联机器人实际性能为导向。因此传统方法并不能有效地减小高速并联机器人加速运动时所需驱动力矩，反而增大了高速并联机器人的进行拾放分拣操作时的运动周期和功耗。这类传统方法还容易造成伺服电机功率、额定力矩、惯量和减速器减速比的过高估计，造成不必要的浪费。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提出一种高速并联机器人驱动系统参数优化选型方法。本发明可以直观反映机器人快速性与不同伺服电机功率、瞬时最大力矩、额定力矩、伺服电机惯量和减速器减速比的关系，便于快速比较机器人配合不同伺服电机和减速器组合，所能达到的性能水平，从而可以快速地从众多伺服电机和减速器的现有产品中选出能够减小机器人所需驱动力矩、提高分拣率、使高速并联机器人性能最优的伺服电机和减速器组合。

本发明提出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；