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近日，中國(guó)科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所協(xié)作機(jī)器人研究團(tuán)隊(duì)提出了一種基于有限元子結(jié)構(gòu)法和正交設(shè)計(jì)的協(xié)作機(jī)器人全域多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jì)算速度與精度平衡等問題，具有建模精度高、計(jì)算速度快、對(duì)各模塊的復(fù)雜形狀適應(yīng)性好等特點(diǎn)，能夠有效提高協(xié)作機(jī)器人的剛度及動(dòng)態(tài)性能，相關(guān)成果發(fā)表于優(yōu)化設(shè)計(jì)領(lǐng)域國(guó)際著名期刊Structural and Multidisciplinary Optimization。

在安全、輕質(zhì)、大負(fù)載自重比的約束下要求機(jī)器人具有的較高的剛度與動(dòng)態(tài)性能是協(xié)作機(jī)器人設(shè)計(jì)中面臨的挑戰(zhàn)，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)為解決這一問題提供了有效的途徑。在該項(xiàng)研究中，研究人員采用全域彈性變形和一階固有頻率指標(biāo)評(píng)價(jià)機(jī)器人的整機(jī)剛度和動(dòng)態(tài)性能，進(jìn)而提出了一種協(xié)作機(jī)器人全域多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。

首先，通過建立機(jī)器人有限元子結(jié)構(gòu)模型實(shí)時(shí)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(jì)算效率的同時(shí)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(gè)單目標(biāo)有效解中提取多目標(biāo)的最有效解；然后，構(gòu)建正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)，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(shí)降低計(jì)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(jì)。基于上述方法，研究人員對(duì)所開發(fā)的SHIR5協(xié)作機(jī)器人進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，機(jī)器人自重不變，剛度與動(dòng)態(tài)性能得到了明顯的提升，驗(yàn)證了本方法的正確性與有效性。

近年來，協(xié)作機(jī)器人研究團(tuán)隊(duì)在中科院重點(diǎn)部署項(xiàng)目、國(guó)家發(fā)改委新一代信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程和“互聯(lián)網(wǎng)+”重大工程項(xiàng)目等資助下，系統(tǒng)地開展了協(xié)作機(jī)器人機(jī)構(gòu)和結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究，取得了一系列高水平的研究成果，為協(xié)作機(jī)器人的設(shè)計(jì)開發(fā)提供了理論依據(jù)和技術(shù)支撐。