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Comprehensive shape optimization based on reliability for a robot arm
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DOI：10.1016/j.aej.2026.05.042.png)
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摘要
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本研究提出了一种工业机械臂的多目标轨迹规划优化方法。通过将应力分析与轨迹规划和能耗相结合，以增强结构完整性和能源效率。关节轨迹采用六次多项式函数建模，以确保平滑、连续的静止到静止运动。采用遗传算法在评估不同连杆横截面几何形状（圆形、方形、矩形和椭圆形）的机械性能时，最小化能耗，每种几何形状均考虑空心和实心形式。在静态和动态（基于疲劳）条件下进行了应力分析，纳入了连杆自重、执行器重量、最大负载和电机扭矩等实际因素，以准确预测应力分布和疲劳寿命。空心矩形横截面实现了最佳性能，与圆形相比，重量和能耗分别降低了30%和27%。较低的空心矩形纵横比e=0.15进一步将能耗降低了34%（相对于e=0.5）。加速轨迹（0.5 s与5 s）导致质量增加18%，突显了速度与结构效率之间的权衡。该集成方法确定了设计方案，在显著降低能耗的同时，实现了结构耐久性、质量效率和扭矩性能之间的最佳平衡。
Keyword:
Robotic manipulator
Optimal trajectory
Dynamic analysis
Stress analysis
Genetic algorithm
Fatigue analysis
Nonlinearity
AI总结
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期刊
IF:
6.8
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