第10期 2016年10月
组合机床与自动化加工技术
Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique
文章编号：10012265（2016）)10004004
D0I:10.13462/j. cnki. mmtamt.2016.10.011
基于PSO的6R装配机器人手臂刚度优化
史旭东"，3，庄立东2，郭显鹏
No.10 Oct.2016
（1.南京工程学院机械工程学院，南京211167；2.江苏理工学院机械工程学院，江苏常州 213000；3.康尼机电股份有限公司技术中心，南京210013）
摘要：为了提高6R装配机器人的末端定位精度，从提高其刚度性能出发，提出一种基于PSO的机器人臂长组优化算法。首先，在装配机器人的静刚度模型基础上，提出末端刚度矩阵的“力-线位移矩阵”在手臂工作空间内奇异值的积分均值作为机器人末端刚度的定量评价指标，并以其为优化目标，建立机器人臂长组分配优化函数，研究利用PSO等优算法对该优化函数求解：最后对某公司自主开
发的KRT20-1540装配机器人，利用ANASYS仿真，验证了该方法的可行性。关键词：6R装配机器人；工作臂；刚度优化
中图分类号：TH166；TG659
文献标识码：A
Arm Stiffness Optimization of a 6-DOF AssemblyRobot Based on PSO
SHI Xu-dong',ZHUANG Li-dong’, GUO Xian-peng
(1. School of Mechanical Engineering, Nanjing Institute of Technology, Nanjing 211167, China; 2. School of Mechanical Engineering, Jiangsu Institute of Technology,Changzhou Jiangsu 213000, China)
Abstract: To increase the repeat location accuracy of a 6-dof assembly robot , a method of optimization of its link length is proposed based on PsO through improving the stiffness performance. The integral mean val-ue of singular-value of force-displacement matrix on link work space is used as the quantitative index to measure the link stiffness.With the aim of its optimization, the optimization function of link length is set up and solved based on PSO. Finally, on the company independently developed KRT20-1540 assembly robot,
the feasibility of the method is verified through ANASYS simulation. Key words: 6-dof assembly robot;link length; stiffness optimization
引言 0
自上世纪80年代起，随着机器人工业化进程的推进，工业机器人以其高精度、高适应性，已从汽车领域被推产到各行各业当申。6R装配机器人即具有6个关节自由度的工业机器人，与一般的工业机器人相比，装配机器人具有柔顺性好、精度高、能配套使用等特点，是现代自动化装配生产线不可或缺的一个重要单元[1-2]
从传统的机器人静刚度模型分析可知，机器人末端刚度可通过机器人雅可比矩阵及关节刚度矩阵表述，而雅可比矩阵文与工业机器人的工作位姿和工作臂长密切关联，因此若要提高工业机器人的刚度，一般常用的方法可采取提高关节刚度，如增加轴承、减速器、同步带的刚度或者改变机器人的运动轨迹，寻找最佳的工作位姿和工作臂长以达到增加未端刚度的目的。由于轴承、减速器、同步带的刚度影响因素基本是固定的，因此现阶段国内外学者研究方向主要集中在研究机器人工作位姿与末端刚度的关系[3]，而从臂长优化角度研究机器人的刚度目前还不多。本文从优化
装配机器人的工作臂长分配来考虑，利用PSO寻优算法，提出一种新的6R工业装配机器人臂长优化方法。
16R装配机器人刚度定量分析模型 1.1工作臂静刚度模型
本文以某公司自主研发的20KG级工业装配机器人（KRT20-1540）为优化对象，其结构如图1主要包括腰部、肘部、大臂、小臂及未端执行器等儿个部件，其申大臂和小臂是承载工作负载及转矩的主要柔性连杆，大臂和小臂的刚度性能直接关系到机器人末端的定位精度。
末端执行器
腕部装
小臂大臂腰部
图1KRT20-1540结构模型
收稿日期：2015-11-10；修回日期：2015-12-15
作者简务劣数揭%68一)，男，江苏课阳人，南京工程学院高级工程师，研究方向为机械加工工艺与自动化设备，（E-mail)skiudong@live.cn。