Page 143 - 工业机器人控制技术研究

第四章 工业机器人的性能优化

找电机转矩最小化的轨迹，推导了 NDM 和 NDE 方法的公式，分别计算出最佳
弹性系数和最佳周期频率。Goya 等在 SCARA（Selective Compliance Assembly
Robot Arm）机器人的关节处采用自适应弹性装置并适当调整，降低了任务总能耗，

并且允许改变循环时间和两端点位置。Uemura 等提出了一种基于系统共振的通
用节能控制方法，同时考虑非谐波的周期运动，使控制方法适应关节的刚度来最
小化扭矩。
（二）优化共享

优化共享是综合考虑运动优化、能量储存和共享装置给机器人能耗带来的影
响，从而共同优化机器人能耗。关于该方面的相关文献不多，但仍可以找到一些
应用和结果。实际上，有关研究人员已经初步考虑了采用轨迹规划器、能量回收
和共享设备共同优化能耗的概念。

Kaviani 等充分考虑了能量回收装置对机器人能耗最优轨迹的影响，发现通
过适当调整两轴梯形速度曲线，可以增加再生能量的利用量，从而减少能量消耗。
Hansen 等考虑了能在系统执行任务时对多轴伺服驱动进行优化的方法。该方法
通过直流耦合逆变器进行能量交换，并利用运动循环之间的空闲时间，在运动开

始时加入延迟，使标准的双 S 速度曲线被拉伸，从而减少消耗的能量。

四、未来展望

虽然关于工业机器人能耗优化的研究很多，但实际应用于工业现场的相对较

少；且随着自动化应用中越来越高的性能要求及工况的日益复杂，机器人能耗优
化必须朝着高效率、自动化、智能化方向发展。通过总结与分析其发展趋势有以
下几点。

（一）新结构、新材料
工业机器人既需要具有质量较小的本体重量，同时又需要具有一定的强度
以提供较大的负载能力和较高的可靠性，然而重量小与负载能力大对工业机器人
设计来说是矛盾的。新材料、新结构在轻量化设计上具有巨大潜力，但其成本较
高，新结构设计比较困难，且配套工艺不完善，多应用于人机协作等小型机器

人。因此，需要对工业机器人设计进行整体规划与优化，利用新型复合材料重量
轻、强度高等特点，采用轻量化结构设计，开发新工艺，以满足工业机器人性能
要求。

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