CN110549340A

CN110549340A - 重载码垛机器人频响特性分析方法及系统

Info

Publication number: CN110549340A
Application number: CN201910869335.XA
Authority: CN
Inventors: 于翰文; 王文学; 孙群; 李恒帅; 汤传国; 李文倩
Original assignee: Liaocheng University
Current assignee: Liaocheng University
Priority date: 2019-09-16
Filing date: 2019-09-16
Publication date: 2019-12-10

Abstract

本公开提出了重载码垛机器人频响特性分析方法及系统，对于高速重载码垛机器人，进行运动学分析，得到运动学正解和工作空间，并获得雅克比矩阵，建立关节空间和笛卡尔空间的联系；对码垛机器人静刚度分析：利用拉格朗日第二类方程建立刚柔耦合动力学模型，对高速重载码垛机器人的关节柔性进行描述，并对机器人的振动模态进行分析；获得不同关节刚度对系统频响的影响规律，根据影响规律控制高速重载码垛机器人的运动。本公开对运动学及动力学模型的建立为后续的轨迹规划及控制系统的设计工作打下了基础。

Description

重载码垛机器人频响特性分析方法及系统

技术领域

本公开涉及机器人技术领域，特别是涉及重载码垛机器人频响特性分析方法及系统。

背景技术

随着高速重载码垛机器人在汽车、冶金和物流等行业的广泛应用，自动化生产线对机器人的搬运速度、负载能力、加速度和定位精度提出了更高的要求。高速重载码垛机器人由于杆件及关节柔性影响，不仅降低了码垛机器人的定位精度，还限制了机器人速度的提升。针对高速重载码垛机器人高速、高加速度和大负载的工作特性，仅仅在运动学层面上完成结构分析还不够，有必要对机器人本体进行面向动态特性的动力学分析。

对柔性模型的研究已有较多的成果，Bridges和Dawson把传动摩擦等非线性柔性也考虑在内，使得柔性关节模型趋于完善。Murphy在考虑包括回差在内的非线性环节的基础上，利用牛顿欧拉法建立了完整的机器人柔性动力学模型。对于典型的谐波传动，Ghorbel建立了谐波减速机模型，通过理论和实验分析验证了减速机柔性对运动的影响。国内学者洪嘉振等人在进行柔性建模时，利用连续介质力学基本原理，建立了耦合项精度较高的刚柔耦合动力学方程。陆念力等人基于虚位移原理，在进行建模时，对KED方程进行补充和改进，计入弹性变形和刚体名义运动之间耦合项，有效地提高了模型的精度。张世杰等人提出一种考虑关节柔性的码垛机器人结构建模及动态特性分析方法，对机器人的振动模态进行分析。楼向明等人在综合考虑自身构件变形、驱动电动机和减速机变形的基础上，对其末端静刚度进行了分析，借助线性叠加原理建立整机末端静刚度模型。

以往针对码垛机器人的动力学建模及分析，仅仅停留在对机器人运动学层面上，并没有对机器人的动态特性这一关键因素进行分析。

发明内容

本发明的目的是提供考虑弹性变形的重载码垛机器人频响特性分析方法，从高速重载码垛机器人的工作特性出发，实现考虑关节柔性的高速重载码垛机器人结构建模及动态特性分析，获得不同关节刚度对系统频响特性的影响规律。

本发明提供考虑弹性变形的重载码垛机器人频响特性分析方法，通过以下技术方案实现：

包括：

对于高速重载码垛机器人，进行运动学分析，得到运动学正解和工作空间，并获得雅克比矩阵，建立关节空间和笛卡尔空间的联系；

对码垛机器人静刚度分析：利用拉格朗日第二类方程建立刚柔耦合动力学模型，对高速重载码垛机器人的关节柔性进行描述，并对机器人的振动模态进行分析；

获得不同关节刚度对系统频响的影响规律，根据影响规律控制高速重载码垛机器人的运动。

进一步的技术方案，所述高速重载码垛机器人的主构架通过旋转关节安装在底座上，所述主构架上安装有大臂、小臂和保持腕部水平的连杆，大臂、小臂与连杆相互构成并联的平行四边形机构。

进一步的技术方案，对于高速重载码垛机器人，进行运动学分析时，建立高速重载四自由度码垛机器人的D-H坐标系，设置连杆坐标系，根据连杆参数得到各变换矩阵，经矩阵变换可得到末端运动学正解，码垛机器人的雅克比矩阵是结构参数和关节变量的函数。

进一步的技术方案，对码垛机器人静刚度分析时，首先计算杆件结构刚度、电机扭转刚度及RV减速机的扭转刚度。

进一步的技术方案，利用拉格朗日第二类方程建立刚柔耦合动力学模型，首先求得机器人各运动部件的动能及势能，所述势能包括重力势能和弹性势能。

进一步的技术方案，计算机器人弹性势能时，将码垛机器人简化为一个二杆串联机构，将大臂与小臂看作一种刚体，假设变形集中在杆件末端连接处。则系统的弹性势能。

进一步的技术方案，根据机器人弹性势能、重力势能及动能，定义拉式方程，定义系统的广义坐标和广义力，将拉式方程变换为包含质量矩阵及刚度矩阵的形式，计算得质量矩阵及刚度矩阵的表达式，刚度矩阵中对角线上的刚度值依次为等效到前三个关节的刚度值，最终获得状态-变量空间的表达式。

进一步的技术方案，通过定义输出变量利用状态-变量空间的表达式根据系统的具体参数对系统进行频响特性计算。

本说明书实施方式提供考虑弹性变形的重载码垛机器人频响特性分析系统，通过以下技术方案实现：

包括：

机器人雅克比矩阵计算模块，被配置为：对于高速重载码垛机器人，进行运动学分析，得到运动学正解和工作空间，并获得雅克比矩阵，建立关节空间和笛卡尔空间的联系；

码垛机器人静刚度分析模块，被配置为：利用拉格朗日第二类方程建立刚柔耦合动力学模型，对高速重载码垛机器人的关节柔性进行描述，并对机器人的振动模态进行分析；

频响获得模块，被配置为：获得不同关节刚度对系统频响的影响规律，根据影响规律控制高速重载码垛机器人的运动。

与现有技术相比，本公开的有益效果是：

本公开首先利用高速重载码垛机器人双平行四边形结构的几何特性，运用几何法建立了机器人的运动学方程，并推导出了雅可比矩阵，建立了关节空间与笛卡尔空间下位移、速度之间的关系，利用Matlab绘制出码垛机器人工作空间在水平面及垂直面上的位移量。

本公开结合码垛机器人高速、高加速度和大负载的工作特性，提出了一种考虑关节柔性的高速重载码垛机器人结构建模及动态特性分析，利用第二类拉格朗日方程建立了更为精确的码垛机器人刚体动力学方程。

本公开分析不同关节刚度变化时对系统频响特性的影响规律，若要提高系统的抗震性能，既要保证有足够大的第一关节刚度值，也要在适度提高第二、三关节刚度的同时，令码垛机器人在大臂转角较大或小臂转角较小的范围内工作。

本公开对运动学及动力学模型的建立为后续的轨迹规划及控制系统的设计工作打下了基础。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1为本公开具体实施例子的高速重载码垛机器人本体结构示意图；

图2为本公开具体实施例子的高速重载码垛机器人连杆坐标系；

图3(a)-图3(b)为本公开具体实施例子的杆件受力图；

图4为本公开具体实施例子的杆件d₁受力分析图；

图5为本公开具体实施例子的RV减速机迟滞曲线图；

图6(a)-图6(b)本公开仿真码垛机器人末端在水平面上及垂直面上的位移量示意图；

图7)本公开仿真码垛机器人一阶固有频率空间分布图；

图8本公开仿真码垛机器人二阶固有频率空间分布图；

图9本公开仿真码垛机器人三阶固有频率空间分布图；

图10(a)-图10(d)本公开仿真第一关节刚度值增大时对一阶固有频率的影响示意图；

图11(a)-图11(d)本公开仿真第一关节刚度值减小时对一阶固有频率的影响示意图；

图12(a)-图12(d)本公开仿真第二关节刚度值增大时对一阶固有频率的影响示意图；

图13(a)-图13(d)本公开仿真第二关节刚度值减小时对一阶固有频率的影响示意图；

图14(a)-图14(d)本公开仿真第三关节刚度值增大时对一阶固有频率的影响示意图；

图15(a)-图15(d)本公开仿真第三关节刚度值减小时对一阶固有频率的影响示意图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例子一

该实施例公开了重载码垛机器人频响特性分析方法，基于高速重载码垛机器人的机构特点和工作原理，采用D-H参数法进行了运动学分析，得到运动学正解和工作空间，并推导出雅克比矩阵，建立了关节空间和笛卡尔空间的联系。其次，由于关节柔性对于机器人振动性能有着很大的影响，因此结合柔性减速机简化模型利用拉格朗日第二类方程建立了刚柔耦合动力学模型对高速重载码垛机器人的关节柔性进行描述，并对机器人的振动模态进行分析；研究不同关节刚度对系统频响的影响规律，揭示了重载码垛机器人的固有属性，为重载码垛机器人的优化设计及控制提供了理论依据。

为使系统有足够大的固有频率以提高系统的抗震性能，首先要保证有足够大的第一关节(即腰关节)刚度值，并且适度增大第二、三关节(即大臂关节、小臂关节)刚度，同时保证重载码垛机器人在大臂转角较大或小臂转角较小的范围内工作。

应用：为设计优化码垛机器人本体提供理论依据，即每个关节刚度的取值大小对系统振动性能的影响。

控制：在得到以上结论后，通过编制运行程序，控制机器人工作在大臂转角较大或小臂转角较小的范围内工作。

参见附图1所示，本申请具体实施例子中所基于的高速重载四自由度码垛机器人设计负载为300kg，由四个回转关节构成，分别为：腰关节、大臂关节、小臂关节、腕关节：

底座通过一个轴线垂直于地面的旋转关节与主构架连接；

主构架通过旋转关节安装在底座上，为整个臂部的支撑，其上安装有大臂、小臂和保持腕部水平的连杆，大臂、小臂与连杆相互构成并联的平行四边形机构，该机构方式不仅具有行程放大的功能，而且增加了整个臂部的刚度，各连杆参数的选择及其安装的相对位置将直接影响机器人在工作空间的位姿；

第四关节腕关节的电机和减速机构采用后置式的平行四边形机构，该机构可以把前三个关节(腰关节、大臂关节、小臂关节)的电机和减速机构放置在底座和主构架上，将明显改善系统的动态特性和降低系统的运动惯量；

腕部与臂部通过一个转动关节连接，末端关节通过串联平行四边形机构的叠加效应，满足腕部的易控性，保证腕关节的旋转轴线始终垂直于地面，降低了控制难度，缩短了搬运周期，腕部为一个法兰盘，可以根据码垛物品的不同，在法兰盘上连接不同形式的执行器。各关节之间是串联的，构成关节式串联机器人，末端指的是法兰安装处。

具体实施例子中，刚柔耦合动力学建模，包括运动学分析，首先建立高速重载四自由度码垛机器人的D-H坐标系，连杆坐标系的设置如图2所示，根据连杆参数可得到各变换矩阵：

经矩阵变换可得到末端运动学正解为：

码垛机器人的雅克比矩阵J是结构参数和关节变量的函数，为：

高速重载码垛机器人主要结构物理参数定义及数值如表1所示：

表1主要物理参数定义

物理意义	符号	数值
			腰部转角/rad	θ<sub>1</sub>	variable
大臂转角/rad	θ<sub>2</sub>	variable
			小臂转角/rad	θ<sub>3</sub>	variable
腕部转角/rad	θ<sub>4</sub>	variable
			臂部关节水平偏移量/mm	a<sub>1</sub>	252
臂部关节垂直偏移量/mm	a<sub>2</sub>	504
			腕部关节偏移量/mm	a<sub>3</sub>	250
大臂长度/mm	d<sub>2</sub>	704
			小臂长度/mm	d<sub>3</sub>	1032

码垛机器人静刚度分析：杆件结构刚度

对于重载码垛机器人其负载非常大，杆件不能像轻载机器人一样按照刚体进行处理，必须考虑杆件的静刚度对末端变形的影响。由于腰部与末端执行器刚度很大，对末端位移的贡献量非常小，所以只需考虑机器人中各杆件部分。

首先分析整个重载码垛机器人中各杆件的受力，其杆件主要为二副连杆和三副连杆。杆件的受力可分为自身重力与由末端载荷产生的内力，如图3(a)-图3(b)所示。重力与内力都可等效成沿轴向和径向的两个方向的分力。对于内力而言，d₅，d₇，d₉，d₁₁只受到沿轴向方向的力，d₁，d₂，d₆，d₈受力为非轴向力。同时d₁，d₂受到电动机产生的弯矩。所以d₁，d₂，d₆，d₈可当作悬臂梁计算其变形，d₅，d₇，d₉，d₁₁按简支梁计算其变形，d₃按外伸梁计算其变形。

下面以杆d₁为例计算其静刚度:

杆件d₁受力如图4中所示，重力与内力的轴向分量使杆件产生拉压变形，径向分量产生弯曲变形。表2为杆件d₁由内力和重力产生的轴向变形与径向变形公式。

表2杆件由内力和重力产生的轴向变形与径向变形公式

其中，l为杆长；F_x,F_y和q_轴,q_径(力/长度)分别为杆件所受内力和重力的轴向和径向分量；A为杆的横截面面积；E为弹性模量；I为截面极惯性矩。经计算，由内力和重力引起的径向与轴向的变形比而该重载码垛机器人位置重复精度为±0.5mm，故可忽略内力与重力轴向分量引起的拉压变形。杆件d₁的静刚度可表示为：

依照上面方法，可以求出该码垛机器人在最大载荷工况下(末端载荷300kg)各杆件的静刚度，然后将机器人中各杆件看做多级线性弹簧串、并联所组成的弹性系统，将其刚度整合到活动构件大臂和小臂上得到等效静刚度。

电机扭转刚度：对于电动机静刚度的研究，可以把交流伺服电动机视为机械扭振系统，该系统的固有频率为ω₀，则电机的扭转刚度为：

式中:t为电动机的机械时间常数(s)；J为电动机转子的转动惯量N·m/s²；K_d为电动机系统的扭转刚度N·m/rad。

RV减速机的扭转刚度：对于RV减速器，固定它的输入轴(输入齿轮)并在输出轴上施加转矩，则会产生与转矩相应的扭转，由此可描绘出其迟滞曲线，通过迟滞曲线即可计算出静刚度。具体方法为：当系统在某一方向消除间隙后，固定输入轴，在输出轴上将载荷由零级逐级加到额定转矩，在输出轴端测量每一级加载所对应的扭转角。RV减速器的扭转刚度为输出轴上负载扭矩与相应的扭转角之增量比值，即：b/a，对应关系如图5所示。

根据线性叠加原理，每一对关节-连杆的末端变形Δx，可以分解为由伺服电动机、RV减速机扭转引起构件末端变形Δx电动机、Δx减速机和构件自身的弹性变形Δx构件，即：Δx＝Δx电动机+Δx减速机+Δx构件。

重载码垛机器人系统动力学方程：

采用拉格朗日第二类方程对如图2所示的高速重载码垛机器人系统进行数学建模，首先求得系统各运动部件的动能：

J_末端z1＝m_末端[a₁+a₃+d₂cosθ₂-d₃cosθ₃]² (8)

系统的势能包括重力势能和弹性势能，其中重力势能为：

由前面对电动机与减速机静刚度的计算可以看出，其静刚度相对所承受转矩而言非常大，产生的变形可忽略不计，所以只考虑构件变形对末端静刚度的贡献，又因腰部与末端执行器为不规则物体，刚度很大，产生的变形也可忽略，则最终该码垛机器人可简化为一个二杆串联机构，将大臂与小臂看作一种特殊刚体，假设变形集中在杆件末端连接处，则系统的弹性势能为：

定义拉式方程：L＝T-(P_重力势能+P_弹性势能)，并有以下形式：

定义系统的广义坐标q_j和广义力Q_j(j＝1,2，3，4，5,6)如下：

q＝(q₁ q₂ q₃ q₄ q₅)^T＝(θ₁ θ_大臂电机 θ₂ θ_小臂电机 θ₃)^T (14)

Q＝(Q₁ Q₂ Q₃ Q₄ Q₅)^T＝(T_腰部电机 T_大臂电机 0 T_小臂电机 0)^T (15)

将式(13)的拉格朗日方程写成矩阵的形式：

式中：M为质量矩阵；K为刚度矩阵；

通过计算可得质量矩阵的表达式如下：

M₁₁＝4.4cos²(θ₃+0.3)-45cos(θ₃+0.3)cosθ₂+234cos²θ₃+346cos²θ₂

-395cosθ₂cosθ₃+192cosθ₂-95cosθ₃-11cos(θ₃+0.3)+53

M₂₂＝365

M₃₃＝242

M₂₃＝M₃₂＝23cos(θ₂-θ₃-0.3)-194cos(θ₂-θ₃)

刚度矩阵的表达式如下：

刚度矩阵中对角线上的刚度值依此为等效到前三个关节的刚度值。

式(16)在状态-变量空间的表达式为：

其中X是状态向量，U是输入变量，Y是输出变量；A、B和C分别是系统的状态矩阵、输入矩阵以及输出矩阵。各自表达式为通过定义输出变量C利用式(17)根据系统的具体参数对系统进行频响特性计算。

仿真分析：码垛机器人末端运动空间分析：

雅克比矩阵反映了机器人末端笛卡尔空间坐标与关节空间坐标之间的映射关系，此外，机器人的双平行四边形结构导致在运行过程中会产生干涉，根据机器人结构特点及几何关系，可得机器人各杆件不发生应满足的条件为：

由高速重载机器人的结构特点，通过Matlab绘制出末端在水平面上及垂直面上的位移量，如图6(a)-图6(b)所示。

码垛机器人频响特性分析：相对于无阻尼系统固有频率，阻尼的存在会减小固有频率，但是相对程度较小，且阻尼具体数值难以准确获得。在本论文中，计算高速重载码垛机器人系统的固有频率，在保证精度的前提下，忽略阻尼对固有频率大小的影响。同时，也可以根据非线性振动理论，对于常数阻尼或者非线性阻尼，因为阻尼对振动规律影响较小，在计算固有频率时，可以进行忽略。

根据以上分析，求取自由振动状态下固有频率，振动方程可以写成式(16)的形式，则固有频率可由下式求取：

|K-ω²M|＝0 (19)

定义D＝M^-1K为动力学矩阵，系统固有频率和D矩阵特征值的关系如下：

机器人惯量矩阵与关节转角相关，即机器人固有频率与其姿态有关，低阶振动固有频率由结构参数决定^[18]，同时也受关节转角θ₂和θ₃的影响，该高速重载码垛机器人前三阶振动频率同转角的关系如图7～图9所示。

从图7～图9可知，该高速重载码垛机器人一阶固有频率变化范围是：11.17Hz～15.28Hz；二阶固有频率变化范围是：13.24Hz～26.59Hz；三阶固有频率变化范围是：18.78Hz～83.71Hz。

关节刚度对码垛机器人频响特性的影响：研究前三个关节刚度变化对高速重载码垛机器人固有频率的影响，以此作为机器人结构优化的理论基础。

第一关节(即腰关节)刚度变化对一阶固有频率的影响：如图10(a)-图10(d)所示为第一关节刚度分别为原始值、增大2倍、增大5倍及增大10倍时对一阶固有频率的影响。第一关节刚度值分别增大2倍、5倍、10倍时，一阶固有频率的变化范围均是：13.24Hz～15.28Hz；从图10(a)-图10(d)中可以看出增大第一关节刚度可以略微提高系统的固有频率，但提高的效果非常小，因此不可通过单纯增大第一关节刚度提高系统固有频率。

如图11(a)-图11(d)所示为第一关节刚度分别为原始值、减小2倍、减小5倍及减小10倍时对一阶固有频率的影响。第一关节刚度值分别减小2倍、5倍、10倍时，一阶固有频率的变化范围分别是：7.89Hz～15.28Hz、4.99Hz～14.51Hz、3.53Hz～13.98Hz；从图11(a)-图11(d)中可以看出，第一关节刚度值减小时系统固有频率显著下降，因此，为保证码垛机器人的抗震性能，需要有足够的第一关节刚度值，并作为优化设计的重要依据。

第二关节(即大臂关节)刚度变化对一阶固有频率的影响：如图12(a)-图12(d)所示为第二关节刚度分别为原始值、增大2倍、增大5倍及增大10倍时对一阶固有频率的影响。第二关节刚度值分别增大2倍、5倍、10倍时，一阶固有频率的变化范围均是：11.17Hz～18.77Hz；从图12(a)-图12(d)中可以看出单纯增大第二关节刚度虽然不能显著提高一阶固有频率，但若增大第二关节刚度的同时，保证码垛机器人在大臂转角较大范围内工作时，可提高系统的抗震性能。

如图13(a)-图13(d)所示为第二关节刚度分别为原始值、减小2倍、减小5倍及减小10倍时对一阶固有频率的影响。第二关节刚度值分别减小2倍、5倍、10倍时，一阶固有频率的变化范围分别是：10.13Hz～10.81Hz、6.67Hz～6.83Hz、4.78Hz～4.83Hz；从图13(a)-图13(d)可以看出，减小第二关节刚度时大幅度降低了码垛机器人的固有频率，使系统的抗震性能大大降低。

第三关节(即小臂关节)刚度变化对一阶固有频率的影响：如图14(a)-图14(d)所示为第三关节刚度分别为原始值、增大2倍、增大5倍及增大10倍时对一阶固有频率的影响。第三关节刚度值分别增大2倍、5倍、10倍时，一阶固有频率的变化范围均是：11.17Hz～15.28Hz；从图14中可以看出，若增大第三关节刚度的同时，令码垛机器人在大臂转角较大或小臂转角较小范围内工作时，可显著提高系统的抗震性能。

如图15(a)-图15(d)所示为第三关节刚度分别为原始值、减小2倍、减小5倍及减小10倍时对一阶固有频率的影响。第三关节刚度值分别减小2倍、5倍、10倍时，一阶固有频率的变化范围分别是：11.17Hz～13.26Hz、7.92Hz～8.39Hz、5.78Hz～5.93Hz；从图15(a)-图15(d)可以看出，减小第三关节刚度时同样大幅度降低了码垛机器人的固有频率，使系统的抗震性能大大降低。

综上分析，为使系统有足够大的固有频率以提高系统的抗震性能，首先要保证有足够大的第一关节(即腰关节)刚度值，并且适度增大第二、三关节(即大臂关节、小臂关节)刚度，同时保证重载码垛机器人在大臂转角较大或小臂转角较小的范围内工作。

大臂是主要承受负载的杆件，小臂受力相对小一些，两者是结构上是串联的，结构设计上无函数关系，运动时共同控制末端位移量，对末端位移量的函数关系如图6所示。

实施例子二

包括：

该具体实施例子中的模块的具体实现参见实施例子一中的具体过程，此处不再进行详细的描述。

一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现实施例子一所述的重载码垛机器人频响特性分析方法的步骤。

可以理解的是，在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“另一实施例”、“其他实施例”、或“第一实施例～第N实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料的特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims

1.重载码垛机器人频响特性分析方法，其特征是，包括：

2.如权利要求1所述的重载码垛机器人频响特性分析方法，其特征是，所述高速重载码垛机器人的主构架通过旋转关节安装在底座上，所述主构架上安装有大臂、小臂和保持腕部水平的连杆，大臂、小臂与连杆相互构成并联的平行四边形机构。

3.如权利要求1所述的重载码垛机器人频响特性分析方法，其特征是，对于高速重载码垛机器人，进行运动学分析时，建立高速重载四自由度码垛机器人的D-H坐标系，设置连杆坐标系，根据连杆参数得到各变换矩阵，经矩阵变换可得到末端运动学正解，码垛机器人的雅克比矩阵是结构参数和关节变量的函数。

4.如权利要求1所述的重载码垛机器人频响特性分析方法，其特征是，对码垛机器人静刚度分析时，首先计算杆件结构刚度、电机扭转刚度及RV减速机的扭转刚度。

5.如权利要求1所述的重载码垛机器人频响特性分析方法，其特征是，利用拉格朗日第二类方程建立刚柔耦合动力学模型，首先求得机器人各运动部件的动能及势能，所述势能包括重力势能和弹性势能。

6.如权利要求5所述的重载码垛机器人频响特性分析方法，其特征是，计算机器人弹性势能时，将码垛机器人简化为一个二杆串联机构，将大臂与小臂看作一种刚体，假设变形集中在杆件末端连接处。则系统的弹性势能。

7.如权利要求6所述的重载码垛机器人频响特性分析方法，其特征是，根据机器人弹性势能、重力势能及动能，定义拉式方程，定义系统的广义坐标和广义力，将拉式方程变换为包含质量矩阵及刚度矩阵的形式，计算得质量矩阵及刚度矩阵的表达式，刚度矩阵中对角线上的刚度值依次为等效到前三个关节的刚度值，最终获得状态-变量空间的表达式。

8.如权利要求7所述的重载码垛机器人频响特性分析方法，其特征是，通过定义输出变量利用状态-变量空间的表达式根据系统的具体参数对系统进行频响特性计算。

9.重载码垛机器人频响特性分析系统，其特征是，包括：

10.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1-8任一所述的重载码垛机器人频响特性分析方法的步骤。