工业机器人线缆动态特性建模与布局优化

作     者：李翔 陶友瑞 王嘉 张扬 杨铖浩 

作者机构：河北工业大学机械工程学院 河北工业大学电气工程学院 南京埃斯顿自动化股份有限公司 

出 版 物：《工程设计学报》 (Chinese Journal of Engineering Design)

年 卷 期：2025年

核心收录：

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

基　　金：河北省自然科学基金资助项目(E2023202135) 河北省高等学校科学研究项目(BJ2025125) 国家自然科学基金资助项目(52075146) 河北省科技项目(23281805Z) 石家庄市科技项目(SJZZXC23008) 

主　　题：工业机器人线缆 动力学建模 参数识别 运动仿真 布局优化 

摘      要：工业机器人线缆变形特性是影响线缆机械寿命的主要因素之一。为描述线缆运动形态，减少布线对线缆机械寿命的影响，提出基于弹簧阻尼链式等效的柔性线缆建模方法，将一维线缆通过线性弹簧、线性阻尼、扭转弹簧和扭转阻尼进行分割，实现质点动力学方向统一描述，并基于牛顿法对各离散质点进行受力分析。将线缆运动过程离散为多个微小时间段运动的集合，通过动力学分析得到当前时刻的动力学参量，经过一个微小时间内的运动后即可得到下一时刻各质点的位置，迭代上述步骤便仿真得到线缆的运动形态，并实现工业机器人关节处线缆的运动仿真。而后，通过实验确定线缆动力学模型的最优参数，并将参数优化后的动力学模型仿真形态与工业机器人线缆真实运动形态进行对比，验证了动力学模型的准确性。最后，通过以线缆模型的质点应力最小为目标函数，得到工业机器人线缆布局优化方案。