[發(fā)明專利]一種工業(yè)機(jī)器人綜合性能指標(biāo)設(shè)計評價方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910983827.1
• 申請日: 2019-10-16
• 公開（公告）號: CN110666840A
• 公開（公告）日: 2020-01-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 應(yīng)明峰;莫曉暉;苗田銀;杭阿芳;陳淼
• 申請（專利權(quán)）人: 金陵科技學(xué)院
• 主分類號: B25J19/00
• 分類號: B25J19/00
• 代理公司: 32206 南京眾聯(lián)專利代理有限公司
• 代理人: 薛雨妍

本發(fā)明提供一種工業(yè)機(jī)器人綜合性能指標(biāo)設(shè)計評價方法，包括以下步驟：步驟1：工業(yè)機(jī)器人性能指標(biāo)設(shè)計；步驟2：指標(biāo)融合與優(yōu)化；建立一個完全通用的機(jī)器人性能指標(biāo)是十分復(fù)雜的，因此，我們選取三個典型的全域性能指標(biāo)：工作空間指標(biāo)、全域速度性能指標(biāo)、全域加速度性能指標(biāo)用于評價機(jī)器人的幾何學(xué)、運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)各自的性能。步驟3：優(yōu)化算法。本發(fā)明設(shè)計評價合理，機(jī)器人具有綜合性能最優(yōu)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種工業(yè)機(jī)器人設(shè)計評價，尤其涉及一種工業(yè)機(jī)器人綜合性能指標(biāo)設(shè)計評價方法。

背景技術(shù)

工業(yè)機(jī)器人是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度的機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人是自動執(zhí)行工作的機(jī)器裝置，是靠自身動力和控制能力來實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。它可以接受人類指揮，也可以按照預(yù)先編排的程序運(yùn)行，現(xiàn)代的工業(yè)機(jī)器人還可以根據(jù)人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動。

當(dāng)今工業(yè)機(jī)器人技術(shù)正逐漸向著具有行走能力、具有多種感知能力、具有較強(qiáng)的對作業(yè)環(huán)境的自適應(yīng)能力的方向發(fā)展；目前需要提供一種綜合性能指標(biāo)設(shè)計評價方法，便于將工業(yè)機(jī)器人的綜合性能提到最優(yōu)

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種工業(yè)機(jī)器人綜合性能指標(biāo)設(shè)計評價方法，設(shè)計評價合理，機(jī)器人具有綜合性能最優(yōu)值。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種工業(yè)機(jī)器人綜合性能指標(biāo)設(shè)計評價方法，包括以下步驟：

步驟1：工業(yè)機(jī)器人性能指標(biāo)設(shè)計；包括

1.1：工作空間指標(biāo)；

1.2：運(yùn)動學(xué)條件數(shù)指標(biāo)；

1.3：運(yùn)動學(xué)可操作度指標(biāo)；

1.4：運(yùn)動學(xué)全域速度性能指標(biāo)；

1.5：全域加速度性能指標(biāo)；

步驟2：指標(biāo)融合與優(yōu)化；建立一個完全通用的機(jī)器人性能指標(biāo)是十分復(fù)雜的，因此，我們選取三個典型的全域性能指標(biāo)：工作空間指標(biāo)、全域速度性能指標(biāo)、全域加速度性能指標(biāo)用于評價機(jī)器人的幾何學(xué)、運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)各自的性能。

步驟3：優(yōu)化算法。

本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于：

所述步驟1.1:工作空間指標(biāo)：機(jī)器人在工作過程中，其工作空間指機(jī)器人末端執(zhí)行器能夠到達(dá)的空間區(qū)域；通常分為可達(dá)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(zhí)行器可以實(shí)現(xiàn)任意方位的變換。通常，機(jī)器人工作空間的形狀和大小依賴于其機(jī)械臂的連桿運(yùn)動學(xué)參數(shù)；

一般具有較長連桿長度的機(jī)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(jī)器人可以形成不同的工作空間；性能較好的機(jī)器人應(yīng)具有較大的工作空間同時總的關(guān)節(jié)長度相對較小；

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

上式中V表示機(jī)器人可達(dá)空間體積，∑l_i表示機(jī)器人總桿長。

本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述步驟1.2：運(yùn)動學(xué)條件數(shù)指標(biāo)：

機(jī)器人末端運(yùn)動與各個關(guān)節(jié)的運(yùn)動關(guān)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(jī)器人的關(guān)節(jié)空間向量，n是機(jī)器人的自由度。Salisbury與Craig定義的條件數(shù)指標(biāo)如下：

上式中k_J表示條件數(shù)，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。