[發明專利]一種工業機器人綜合性能指標設計評價方法

在審

• 申請號: 201910983827.1
• 申請日: 2019-10-16
• 公開（公告）號: CN110666840A
• 公開（公告）日: 2020-01-10
• 發明（設計）人: 應明峰;莫曉暉;苗田銀;杭阿芳;陳淼
• 申請（專利權）人: 金陵科技學院
• 主分類號: B25J19/00
• 分類號: B25J19/00
• 代理公司: 32206 南京眾聯專利代理有限公司
• 代理人: 薛雨妍

1.一種工業機器人綜合性能指標設計評價方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：工業機器人性能指標設計；包括

1.1：工作空間指標；

1.2：運動學條件數指標；

1.3：運動學可操作度指標；

1.4：運動學全域速度性能指標；

1.5：全域加速度性能指標；

步驟2：指標融合與優化；建立一個完全通用的機器人性能指標是十分復雜的，因此，我們選取三個典型的全域性能指標：工作空間指標、全域速度性能指標、全域加速度性能指標用于評價機器人的幾何學、運動學、動力學各自的性能。

步驟3：優化算法。

2.根據權利要求1所述的一種工業機器人綜合性能指標設計評價方法，其特征在于：所述步驟1.1:工作空間指標：機器人在工作過程中，其工作空間指機器人末端執行器能夠到達的空間區域；通常分為可達工作空間和靈巧工作空間，并且后者是前者的一個子集；在靈巧的工作空間中，末端執行器可以實現任意方位的變換。通常，機器人工作空間的形狀和大小依賴于其機械臂的連桿運動學參數；

一般具有較長連桿長度的機器人有較大的工作空間；但是在總連桿長度相同的條件下機器人可以形成不同的工作空間；性能較好的機器人應具有較大的工作空間同時總的關節長度相對較小；

因此，可將單位長度的總桿長生成的可達工作空間體積做為機器人一個性能指標。其指標可以定義如下：

上式中V表示機器人可達空間體積，∑l_i表示機器人總桿長。

3.根據權利要求1所述的一種工業機器人綜合性能指標設計評價方法，其特征在于：所述步驟1.2：運動學條件數指標：

機器人末端運動與各個關節的運動關系可由雅克比矩陣表示如下式：

上式中v表示末端的空間速度，J是6×n雅克比矩陣，θ表示機器人的關節空間向量，n是機器人的自由度。Salisbury與Craig定義的條件數指標如下：

上式中k_J表示條件數，σ_max、σ_min分別表示雅克比矩陣的最大、最小奇異值，||J(θ)||表示矩陣J的F范式。

4.根據權利要求1所述的一種工業機器人綜合性能指標設計評價方法，其特征在于：所述步驟1.3：運動學可操作度指標為了表示機器人的運動靈活性，T.Yoshikawa設計了一種可操作度指標，如下式：

當機器人雅克比矩陣J滿秩，該指標即為雅克比矩陣的行列式det(J)的值。

5.根據權利要求1所述的一種工業機器人綜合性能指標設計評價方法，其特征在于：所述步驟1.4運動學全域速度性能指標

全域速度性能指標用來衡量機器人的全域性能；K_J表示在機器人的工作空間W中指定點的條件數指標。