一種基于有限元子結(jié)構(gòu)法和正交設(shè)計的協(xié)作機(jī)器人全域多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計方法

近日，中國科學(xué)院沈陽自動化研究所研究團(tuán)隊在協(xié)作機(jī)器人研究方面獲新進(jìn)展：提出了一種基于有限元子結(jié)構(gòu)法和正交設(shè)計的協(xié)作機(jī)器人全域多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計方法，該方法以機(jī)器人彈性變形、固有頻率以及質(zhì)量等多種性能指標(biāo)為優(yōu)化目標(biāo)，解決了協(xié)作機(jī)器人結(jié)構(gòu)優(yōu)化中存在的位姿及非結(jié)構(gòu)參數(shù)影響、多目標(biāo)耦合、計算速度與精度平衡等問題，具有建模精度高、計算速度快、對各模塊的復(fù)雜形狀適應(yīng)性好等特點，能夠有效提高協(xié)作機(jī)器人的剛度及動態(tài)性能，相關(guān)成果發(fā)表于國際期刊《結(jié)構(gòu)和多學(xué)科優(yōu)化》（《Structural and Multidisciplinary Optimization》）。

具體做法是：首先，通過建立機(jī)器人有限元子結(jié)構(gòu)模型實時高效地獲得機(jī)器人的多種全局性能指標(biāo)，該建模方法能夠在保證計算效率的同時保留有限元法的建模精度；其次，通過灰色關(guān)聯(lián)分析法構(gòu)建多目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)，從多個單目標(biāo)有效解中提取多目標(biāo)的最有效解；再次，構(gòu)建正交設(shè)計試驗，求解在不同影響因素水平下的灰色關(guān)聯(lián)度，在不減少優(yōu)化參數(shù)的同時降低計算量；最后，通過極差分析獲得最優(yōu)影響因素水平組合，用于指導(dǎo)協(xié)作機(jī)器人的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。

基于上述方法，研究人員對所開發(fā)的SHIR5協(xié)作機(jī)器人進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，機(jī)器人自重不變，剛度與動態(tài)性能得到了明顯的提升，驗證了方法的正確性與有效性。