[發明專利]圓鋼端面貼標五自由度混聯機器人尺度綜合方法

有效

• 申請號: 201811053647.5
• 申請日: 2018-09-11
• 公開（公告）號: CN109093600B
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 張付祥;劉再
• 申請（專利權）人: 河北科技大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

圓鋼端面貼標五自由度混聯機器人尺度綜合方法，包含如下步驟：根據機構構型確定優化參數并建立優化向量；將混聯機器人整體視做串聯機構，采用微分變化法求解雅可比矩陣，并聯機構視為一個串聯關節，采用微分變換法求解其雅可比矩陣，并將其帶入到混聯機構雅可比矩陣的相應列，建立混聯機構雅可比矩陣；建立混聯機構全域運動學性能指標；建立混聯機構全域剛度性能指標；建立機構全域傳動性能指標；以運動學、剛度及傳動性能指標作為優化目標函數，并利用蒙特卡洛法將目標函數中的機構位置參數統一；采用pareto前沿法，利用帶精英保留策略的非支配排序遺傳算法尋找目標函數最優值，得到最佳尺寸，有效解決了混聯機構尺度綜合問題。

技術領域

本發明涉及一種圓鋼端面貼標五自由度混聯機器人尺度綜合方法，屬于混聯機器人技術領域。

背景技術

混聯機構兼具串聯機構和并聯機構的優點，在航空航天、醫療設備、工業生產等領域有著廣闊的應用空間。尺度綜合是混聯機器人設計的重要內容，混聯機器人的機構性能在不同的尺度下差異巨大，良好的尺度參數可以發揮出混聯機構的性能優勢，故對混聯機構進行尺度綜合意義重大。尺度綜合常用的方法有性能圖譜法和目標函數法：性能圖譜法原理是減少參數的數目，表達出性能指標和參數間的關系，將性能指標用圖形表示，簡單直觀但難以兼顧機構的可操作性等其他指標；目標函數法是根據機構自身及工作要求建立目標函數，利用優化算法尋找最優結果。

目前對于串聯機構或并聯機構均有大量尺度綜合相關研究，而對于混聯機構尺度綜合研究極其有限，且是將混聯機構分解為串聯機構與并聯機構，分別進行尺度綜合，如專利CN201710616947.9是圍繞混聯機構中的并聯機構進行的尺度綜合，混聯機構在兼具串聯機構和并聯機構優勢的同時，不可避免地包含兩者的研究難點，主要在于采用目標函數法進行尺度綜合要涉及機構的雅可比矩陣，而混聯機構雅可比矩陣相關研究很少，且雅可比矩陣包含混聯機構末端位置信息及并聯機構末端位置信息，由于串聯機構反解困難而并聯機構正解困難的緣故，目標函數難以通過統一的參數建立，故對混聯機器人整體進行尺度綜合存在很大困難。

發明內容

本發明方法針對的圓鋼端面貼標五自由度混聯機器人機構由三平移并聯機構串接二自由度旋轉串聯機構構成。并聯機構是由靜平臺、動平臺以及連接靜平臺和動平臺的3條RRP^4RR支鏈構成的一個封閉機構，3條RRP^4RR支鏈均由轉動副R、轉動副R、平行四邊形機構P^4R和轉動副R串接而成，三條支鏈沿靜平臺周向均布。串聯機構的兩個轉動關節依次串接在并聯機構動平臺上，且兩關節軸線空間垂直。

本發明提出了一種混聯機構尺度綜合方法，以混聯機器人運動學性能、剛度性能和傳動性能作為優化目標函數，采用pareto前沿法，利用帶精英保留策略的非支配排序遺傳算法（NSGA-II）尋找目標函數最優值。

將混聯機構整體視做串聯機構，其中并聯機構視為一個串聯關節，采用微分變換法求解并聯機構的雅可比矩陣并將其作為混聯機構雅可比矩陣相應的其中一列，串聯機構的雅可比矩陣同樣采用微分變換法求得，得到混聯機構整體的雅可比矩陣，進而得到目標函數。此目標函數中的參數未統一，保留此目標函數中并聯機構的末端位置信息，將混聯機構末端位置信息通過并聯機構末端位置信息與串聯機構在不同關節變量下的位置來表示。串聯機構的關節變量通過蒙特卡洛法獲得，進而得到混聯機構尺度綜合的目標函數，對混聯機構整體進行尺度綜合，以解決背景技術存在的上述問題。

圓鋼端面貼標五自由度混聯機器人尺度綜合方法，包含如下步驟：