[发明专利]一种机器人夹爪结构参数快速仿真优化方法

说明书

本发明属于生产装备快速设计制造领域，具体说是一种机器人夹爪结构参数快速仿真优化方法，包括以下步骤：构建机器人夹爪结构参数化模型；利用静力学有限元仿真软件对机器人夹爪结构参数化模型在不同尺寸、不同负载工况下的应力、形变进行仿真，得到应力、形变仿真数据；构建应力、形变预测模型；通过建立粒子群寻优算法，对在实际负载工况下，符合应力、形变约束条件的尺寸参数进行寻优，得到尺寸参数的最优值代入至应力、形变预测模型，得到实际工况的尺寸参数以及载荷下的应力和形变，实现机器人夹爪结构参数的优化。本发明利用克里金代理模型对应力、形变进行预测，减少了有限元模型的调用，提高了优化效率。

技术领域

本发明属于生产装备快速设计制造领域，具体说是一种机器人夹爪结构参数快速仿真优化方法。

背景技术

随着制造业定制化的快速发展，制造业逐渐从大规模的流水线生产转向小批量的定制化生产生产。因此自动化是未来智慧车间的发展方向，这对生产线的设计制造提出了更高的要求，要具有更高的柔性和灵活性。桁架机器人是一种应用非常广泛的生产设备，广泛用于搬运，焊接等领域。

在机械结构的优化设计中，由于部件所受载荷与尺寸的组合种类数量繁多，传统方法中每次都进行有限元分析其应力、形变等是否满足使用工况，则会浪费大量时间，降低设计效率。

发明内容

本发明目的是提供一种机器人夹爪结构快速仿真优化方法，以克服上述机器人夹爪结构参数每次都进行有限元分析其应力、形变等是否满足使用工况的问题。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种机器人夹爪结构参数快速仿真优化方法，包括以下步骤：

步骤1：构建机器人夹爪结构参数化模型，以用于静力学有限元仿真应力、形变提供模型；

步骤2：利用静力学有限元仿真软件对机器人夹爪结构参数化模型在不同尺寸、不同负载工况下的应力、形变进行仿真，得到应力、形变仿真数据；

步骤3：根据得到应力、形变仿真数据，采用克里金代理模型构建含有机器人夹爪结构尺寸参数和不同负载工况条件下的机器人夹爪的应力、形变预测模型；

步骤4：通过建立粒子群寻优算法，对在实际负载工况下，符合应力、形变约束条件的尺寸参数进行寻优，得到尺寸参数的最优值代入至应力、形变预测模型，得到实际工况的尺寸参数以及载荷下的应力和形变，实现机器人夹爪结构参数的优化。

所述步骤1包括以下步骤：

步骤1.1：在三维建模软件构建机器人夹爪结构三维模型；

步骤1.2：将机器人夹爪结构的壁厚DH、壁间距DV输入至机器人夹爪结构三维模型，得到机器人夹爪结构参数化模型。

所述步骤2包括以下步骤：

步骤2.1：在静力学有限元仿真软件中对机器人夹爪结构参数化模型进行六面体网格划分；

步骤2.2：在静力学有限元仿真软件中对不同尺寸参数DH、DV加载不同工况下的载荷F，进行静力学仿真，得到应力、形变仿真数据。

所述步骤2.2，具体为：

(1)在步骤2.1六面体网格划分后的机器人夹爪结构参数化模型的基础上，对机器人夹爪结构添加固定约束，表示机器人夹爪上端与夹爪基座紧固连接；

(2)机器人夹爪下端与被夹持目标体相接触，依靠气缸提供夹持力，将被夹持目标体的重力与气缸的夹持力采用三角函数分解法，将力分解到两个接触面上，即：

其中，F_夹为气缸的夹持力，m为被夹持目标体的质量，g为重力加速度，R为夹爪夹角，n为夹臂个数；