Page 37 - 工业机器人控制技术研究

第一章 工业机器人的发展

参数作为优化目标，如质量最优、强度最优、刚度最优等，但当优化目标发生冲
突或者需要多个优化目标时，如既要强度高、又要面积大、还要质量小，很难实
现所有的优化目标都能得到最优解，使用传统优化方法可能会出现计算周期长、

计算能力差等问题，多目标优化方法是近些年兴起的一种设计方法，多目标优化
方法能使多个目标在给定区域尽量同时满足最佳解，通常是一组均衡解，能最大
程度地满足各个优化目标。基本方法有两种，一种方法是先求出每个优化目标的
最优解，得到一个最优解的集合，然后在最优解中选择合适的解；另一种方法是

将多目标最优解问题通过功效系数法、评价函数法等转换为单目标优化问题求解。
多目标优化方法能在保证应力、位移、刚度和振动稳定性的情况下，极大降低码
垛机器人的质量。
中国的码垛机器人结构优化以拓扑优化为主，尺寸优化和形状优化为辅，借

助 ANSYS 等有限元软件对码垛机器人进行建模与仿真，在设计初期采用拓扑优
化实现最优布局，设计过程中采用尺寸和形状优化进行局部优化，使结构布局更
加合理，更加轻量化。中国在机器人结构多目标优化方面研究较少，目前主要采
用的算法有多目标粒子群算法、NSGA-II 算法等，能够在提高机械臂结构刚度、

强度的同时并降低质量。中国结构优化领域随着智能算法的兴起与加入，使得结
构优化发展更快，惩罚函数法、粒子群算法、响应面法等智能算法的使用，相较
于传统算法，使得机械结构优化的效率更高、结果更加准确、动力学性能更好。
国际上的结构优化与中国结构优化类似，也是通过有限元法与有限元软件对

机器人进行建模与静态分析，然后进行结构优化，重新设计零部件，在保证使用
要求的情况下，大大降低机器人本体质量，降低能耗。国际上也将多目标优化大
量应用到了机器人结构优化当中，多目标优化方法可以在全局层面进行优化，能
对全局运动学平均值、波动值等进行分析，先构建多目标运动模型，然后利用多

目标优化算法进行改进分析，最终提高机器人的性能指标，使得机器人具有更高
的结构刚度、更轻的质量、更高的振动频率。国际上也将遗传算法、多目标遗传
算法、多目标粒子群优化算法、动态多目标优化算法、复合算法等先进算法加入
结构优化中，使得机器人的结构优化速度更快、效率更高、质量更小、能耗更低。

2. 末端执行机构
末端执行机构是码垛机器人的重要组成部分，也是码垛机器人直接与被抓取
物料接触的部件，相当于人的手掌，主要用于完成被码垛物料的抓取、移动以及

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