Optymalizacja parametrów kinematycznych manipulatora JCK

STRESZCZENIE: W pracy omówiono optymalizację studenckiego prototypu manipulatora JCK typu 5R pod kątem poprawy osiągów związanych z udźwigiem i prędkością chwytaka poprzez zmiany wybranych parametrów, jak: wymiary stałe, przełożenia układu napędowego oraz typ serwonapędu. Do tego celu sformułowano w środowisku Matlab model kinetostatyczny manipulatora JCK. Zadanie optymalizacji wielokryterialnej z ograniczeniami rozwiązano wykorzystując algorytmy genetyczne. Uzyskane rozwiązania Pareto-optymalne opisują problem kompromisu konstrukcyjnego, tj. manipulator o zwiększonej prędkości daje mniejszą nośność, i odwrotnie.

SŁOWA KLUCZOWE: optymalizacja, manipulator, projektowanie, kinetostatyka.

ABSTRACT: The paper describes an optimization problem of student’s JCK manipulator of 5R type with respect to a performance increase related with maximal payload and end-effector velocity. The optimization decision variables were chosen as: constant dimensions of the manipulator, kinematic ratios of powertrain, and type of DC motors. In order to evaluate the optimization goal function it was necessary to formulate a kinetostatic model of JCK manipulator in Matlab environment. Multicriteria optimization task with constraints was solved by using genetic algorithms. The obtained Pareto-optimal solutions describe design trade-off between greater payload and velocity capabilities of the manipulator.

KEYWORDS: optimization, manipulator, designing, kinetostatics.

BIBLIOGRAFIA / BIBLIOGRAPHY:

• Jońca J.: Projekt manipulatora JCK. Praca magisterska (promotor M.Maniowski), Wydział Mechaniczny, Politechnika Krakowska 2014
• Knapczyk J., Maniowski M.: Dimensional synthesis of a five-rod guiding mechanism for car front wheels. Archive of Mechanical Engineering, Vol.50, No1,p. 89-116, 2003
• Knapczyk, J., Maniowski, M.: Synthesis of a five-rod suspension for given loaddisplacement characteristics. Proc. Instn. Mech. Engrs, Part D: J. Automobile Eng, Vol. 220, pp. 879-889, 2006
• Maniowski M.: Optymalizacja parametrów zawieszeń samochodu przednionapędowego dla szybszego pokonania łuku drogi. Czasopismo Techniczne PK, z.10, 5-M/2012, str. 35-50
• Morecki A., Knapczyk J., Kędzior K., Teoria mechanizmów i manipulatorów. WNT Warszawa, 2002
• Optimization Toolbox for Use with Matlab, Users Guide
• Tsai L.,W.: Robot analysis: the mechanics of serial and parallel manipulators. Willey@Sons 1999
• www.drukowanie3d.pl/tech_fdm.htm (druk 3D)
• www.autodesk.pl/products/inventor/overview (oprogramowanie Inventor)

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.43