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    并聯機器人-針對自動倉儲的繩索牽引,并聯機器人構型選擇與參數優化

    發布日期:2020-05-22

           繩索牽引并聯機器人利用柔性繩索替代剛性連桿,牽引動平臺在工作空間中運動。相比于剛性連桿驅動,繩索牽引動平臺可以到達的距離更遠,這使得繩索并聯機器人非常適合在大空間工作。目前,繩索并聯機器人已經廣泛應用于多個領域,比如船模繩牽引支撐系統,風洞試驗支撐系統,大物體搬運裝配,高速攝影以及大型射電望遠鏡饋源艙支撐系統等。

    并聯機器人

          繩索并聯機器人需要滿足特定應用場景下的任務要求,中國科學技術大學的研究者們將研究重點落地于自動倉儲領域的繩索牽引并聯機器人的優化設計問題。


           在傳統自動倉儲領域,堆垛機對整個物流系統的性能有很大的影響,比如能量損耗、工作效率以及空間利用率等。經過幾十年的機械設計和應用優化,傳統堆垛機已經能獲得可靠的性能。但是,受到機械結構限制,傳動堆垛機存在自身質量大、能量損耗高以及工作效率低等缺點。為了解決這些問題,繩索并聯機器人開始應用到自動倉儲領域,替代傳統堆垛機完成貨物的自動取出和存放操作。繩索并聯機器人具有運動慣量小、運行速度快以及負載質量大等優點,能夠顯著提高物流系統的工作效率,降低能量損耗。然而現有的研究工作并沒有對應用于自動倉儲中的繩索并聯機器人的構型和動平臺參數進行優化。


           冗余驅動使繩索并聯機器人的構型和參數優化問題變得更加復雜,難以同時獲得最佳構型和動平臺參數,這使得優化指標的設計顯得極為重要。已有研究都是通過分析特定的任務要求來設計性能指標和優化方法,缺少面向自動倉儲應用領域的繩索并聯機器人構型和參數優化的性能指標和優化方法。


           中國科學技術大學的張飛、張彬、周烽、尚偉偉和叢爽針對并聯機器人的優化設計問題展開了研究,并在《機械工程學報》2020年1期發表了《面向自動倉儲的繩索牽引并聯機器人構型選擇與參數優化》一文。在該文中,他們給出了動平臺在工作過程中承受的需求力矩上界和下界的數學模型,再基于凸優化理論分析得到了需求力矩上界滿足力可行的條件。分析結果表明,最大負載重量可以作為衡量自動倉儲領域繩索并聯機器人的性能指標。進一步,為了盡可能得到最佳的構型和動平臺參數,通過窮舉組合獲得了所有可能的繩索構型,擴大了構型參數的優化空間。接著,分析了繩索并聯機器人對稱構型的繩索連接約束條件,再利用繩索連接約束條件大幅降低了有效的繩索構型數量,進一步提高了優化方法的速度和效率。最后,設計了一套完整的優化方法對滿足力可行條件的所有構型的最大負載指標進行優化,得到了最優的構型及其動平臺參數。最后通過仿真試驗,將優化結果與其他構型及其隨機選擇的動平臺參數在工作空間中進行了對比,仿真結果表明優化結果具有最佳的負載能力。


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