[發(fā)明專利]支持五連桿機器人協(xié)同設(shè)計的多領(lǐng)域設(shè)計變更處理方法

有效

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• 申請日: 2014-11-28
• 公開（公告）號: CN104483831A
• 公開（公告）日: 2015-04-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉玉生;樊紅日
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: G05B13/00
• 分類號: G05B13/00
• 代理公司: 杭州天勤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機械設(shè)計領(lǐng)域，尤其涉及一種支持五連桿機器人協(xié)同設(shè)計的多領(lǐng)域設(shè)計變更處理方法。

背景技術(shù)

在五連桿機器人的協(xié)同設(shè)計過程中，某單一領(lǐng)域設(shè)計人員所提出的設(shè)計變更可能影響其他領(lǐng)域的設(shè)計目標，從而容易引起設(shè)計沖突，帶來設(shè)計的反復(fù)迭代。為此，基于設(shè)計人員的原始設(shè)計方案，找出相對優(yōu)化的替代方案，對避免設(shè)計沖突，提高設(shè)計效率起著重要作用。通常設(shè)計人員均由局部目標出發(fā)，基于特定領(lǐng)域的知識結(jié)構(gòu)，提出機械或控制域的設(shè)計變更。由于缺乏其他領(lǐng)域的背景知識，也沒有參與其他領(lǐng)域的設(shè)計活動，因此無法預(yù)見該原始設(shè)計方案對其他領(lǐng)域設(shè)計目標的潛在影響，從而容易導(dǎo)致設(shè)計沖突的出現(xiàn)。

在現(xiàn)有的設(shè)計沖突自動處理方法中，僅通過預(yù)定義的決策標準從已有的若干設(shè)計方案中選擇某特定方案，無法生成更優(yōu)的設(shè)計方案。而其他的設(shè)計沖突非自動處理方法中，往往通過增加多域設(shè)計人員之間的信息共享來降低設(shè)計沖突的可能性，或由設(shè)計人員直接從現(xiàn)有若干方案中選取特定方案。若要產(chǎn)生新的設(shè)計方案，則需要設(shè)計人員相互溝通，人工生成新的設(shè)計方案。因此，現(xiàn)有的設(shè)計沖突處理方法均不能自動生成更優(yōu)的設(shè)計方案。

對五連桿機器人的協(xié)同設(shè)計而言，由于需要機械和控制兩個領(lǐng)域的設(shè)計人員的共同參與。在設(shè)計過程中，設(shè)計沖突幾乎無法避免。因此，必須提出有效的設(shè)計變更自動處理方法，降低設(shè)計沖突出現(xiàn)的概率，同時降低設(shè)計人員的負擔(dān)。同時，得到的最優(yōu)設(shè)計方案需盡可能提高五連桿機器人的總體設(shè)計質(zhì)量。目前的設(shè)計變更處理方法僅從現(xiàn)有設(shè)計變更中進行選擇，無法獲得更優(yōu)的設(shè)計方案，不能解決設(shè)計沖突。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種支持五連桿機器人協(xié)同設(shè)計的多領(lǐng)域設(shè)計變更處理方法。

一種支持五連桿機器人協(xié)同設(shè)計的多領(lǐng)域設(shè)計變更處理方法，包括如下步驟：

(1)確定當前設(shè)計變更時各個領(lǐng)域的變更方案；

(2)針對每一個變更方案，根據(jù)相當前變更方案、以及五連桿機器人的初始設(shè)計方案和各個領(lǐng)域內(nèi)的設(shè)計目標函數(shù)計算各個領(lǐng)域的變更差量；

(3)針對每一個變更方案，根據(jù)該變更方案對應(yīng)的變更差量判斷該變更方案是否有效，舍棄無效的變更方案；

(4)統(tǒng)計經(jīng)步驟(3)處理后剩余的變更方案的個數(shù)，并根據(jù)剩余的變更方案的個數(shù)進行如下操作：

(4-1)若剩余的變更方案的個數(shù)為零，則退出當前設(shè)計變更處理；

(4-2)否則，根據(jù)剩余的變更方案的個數(shù)求解當前設(shè)計變更的最優(yōu)設(shè)計方案，并以最優(yōu)設(shè)計方案進行設(shè)計變更，或結(jié)束當前設(shè)計變更處理。

本發(fā)明中所指的結(jié)束當前設(shè)計變更處理認為是停止當前設(shè)計變更。

本發(fā)明所述的領(lǐng)域指設(shè)計領(lǐng)域，如機械領(lǐng)域、控制領(lǐng)域等。對五連桿機器人進行設(shè)計變更時，可以對單個領(lǐng)域進行，也可以同時對若干個領(lǐng)域進行。每個領(lǐng)域的設(shè)計變更方案由相應(yīng)領(lǐng)域的設(shè)計人員提供。

本發(fā)明的方法只適用于協(xié)同設(shè)計中的針對多領(lǐng)域提出的設(shè)計變更的處理，即對應(yīng)的變更方案中參與設(shè)計變更的設(shè)計變量為不同領(lǐng)域的設(shè)計變量。

本發(fā)明的支持五連桿機器人多域協(xié)同設(shè)計的多領(lǐng)域設(shè)計變更處理方法，針對多領(lǐng)域設(shè)計人員提出的變更方案處理如下：由五連桿機器人系統(tǒng)優(yōu)化模型計算系統(tǒng)優(yōu)化目標值，并構(gòu)造新的系統(tǒng)優(yōu)化模型，求解該模型獲得最優(yōu)值形成相應(yīng)的最優(yōu)設(shè)計方案對初始設(shè)計方案進行設(shè)計變更。該多領(lǐng)域設(shè)計變更處理方法能有效降低設(shè)計沖突，同時還大大提高了系統(tǒng)總體設(shè)計質(zhì)量。

本發(fā)明中當存在待優(yōu)化的設(shè)計目標函數(shù)時，認為候選設(shè)計方案不是最優(yōu)的，因此通過對待優(yōu)化的設(shè)計目標函數(shù)構(gòu)進行優(yōu)化，進而實現(xiàn)對變更方案對應(yīng)的設(shè)計方案的優(yōu)化，保證按照變更方案進行設(shè)計變更后能夠提高系統(tǒng)質(zhì)量。

本發(fā)明實質(zhì)上是一種五連桿機器人的輔助設(shè)計方法，提出以五連桿系統(tǒng)優(yōu)化模型為依據(jù)，以機械和控制子系統(tǒng)最優(yōu)設(shè)計目標為導(dǎo)向，構(gòu)造新的系統(tǒng)優(yōu)化模型(即設(shè)計方案)，并求得滿足系統(tǒng)最優(yōu)解。通過精確計算可避免人工調(diào)節(jié)設(shè)計變量，提高設(shè)計效率，從而在高效設(shè)計的情況下制造五連桿機器人。

所述的設(shè)計方案包括五連桿機器人所有設(shè)計變量的取值；

所述的變更方案包含參與設(shè)計變更的設(shè)計變量以及相應(yīng)的取值。

相應(yīng)的，所述的初始設(shè)計方案包括初始時刻五連桿機器人所有設(shè)計變量的取值；候選設(shè)計方案和最優(yōu)設(shè)計方案也應(yīng)該包括變更后五連桿機器人所有設(shè)計變量的取值。

作為優(yōu)選，所述的初始設(shè)計方案和最優(yōu)設(shè)計方案可采用向量形式表示，每一維代表一個設(shè)計變量的取值。

所述的變更方案包含參與設(shè)計變更的設(shè)計變量以及相應(yīng)的變更值。