[發明專利]基于位姿索力剛度的繩牽引并聯機器人的穩定性評價方法

有效

• 申請號: 201911071504.1
• 申請日: 2019-11-05
• 公開（公告）號: CN110948481B
• 公開（公告）日: 2022-12-06
• 發明（設計）人: 韋慧玲;羅陸鋒
• 申請（專利權）人: 佛山科學技術學院
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J9/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 顧思妍;梁瑩

1.一種基于位姿索力剛度的繩牽引并聯機器人的穩定性評價方法，其特征在于：采用繩牽引并聯機器人末端執行器的位姿、處于當前位姿的最小繩索張力閾值以及當前位姿的剛度矩陣最小奇異值作為評價末端執行器穩定性的因素，并對應設置位姿因子、索力因子和剛度因子；

通過數學加權方法建立起融合了位姿因子、索力因子和剛度因子的混合評價指標，實現根據繩牽引并聯機器人的構型和索力優化目標設置不同權值，得到側重因素方面的穩定性評估；

包括以下步驟：

S1：在研究繩牽引并聯機器人末端執行器靜力平衡基礎上，提出位姿因子描述末端執行器在整個工作空間內處于靜力平衡時的位置和姿態；位姿因子量化描述了末端執行器當前位姿對其穩定性的影響，用位姿函數f(x,y,z,α,β,γ)表示，其中x,y,z是末端執行器當前位姿在笛卡爾坐標系中的XYZ三個方向上的位移，α,β,γ是末端執行器當前位姿在笛卡爾坐標系中的XYZ三個方向上的傾角；

S2：在研究繩牽引并聯機器人索力優化求解的基礎上，以柔索最小張力閾值定義的索力因子描述末端執行器在該位姿時約束最弱方向上的索力對穩定性的影響，該索力因子表示為：

其中是工作空間內當前位姿m根柔索中的柔索最小張力閾值，是整個工作空間內m根柔索中最大的柔索最小張力閾值；

S3：在研究繩牽引并聯機器人剛度矩陣基礎上，以剛度矩陣最小奇異值定義的剛度因子描述末端執行器在該位姿時約束最弱方向上的柔索剛度對穩定性的影響；該剛度因子表示為：

式中，是工作空間內當前位置點的最小奇異值；是整個工作空間內的最大的最小奇異值；

S4：在上述位姿因子、索力因子和剛度因子基礎上，通過以下穩定度公式定義繩牽引并聯機器人的穩定性評價指標：

其中，Ω稱為穩定度，Ω取值的范圍為Ω∈[0,1]；b₁，b₂，b₃加權系數，且有b₁+b₂+b₃＝1；

在步驟S4中，所述穩定度Ω具備如下性質：

1)Ω的值域在[0,1]區間內；

2)當繩牽引并聯機器人末端執行器處于工作空間某一確定位置點時，其穩定性隨著傾角的增大而減弱；

3)當繩牽引并聯機器人末端執行器處于工作空間某一確定位置點時，其穩定性隨著XYZ三個方向上位移絕對值之差的增大而減弱；

4)需考慮以下兩種極端情況：

(1)末端執行器所處當前位置點的傾角為α＝0,β＝0,γ＝0且x＝y＝z，繩牽引并聯機器人的穩定性最強，稱之為正位，即末端執行器傾角對其穩定性無影響；

(2)末端執行器所處當前位置點α_max,β_max,γ_max且|x-y|_max,|x-z|_max,|y-z|_max時，繩牽引并聯機器人的穩定性最弱；其中，傾角α_max,β_max,γ_max為末端執行器能夠穩定的最大臨界傾角；|x-y|_max,|x-z|_max,|y-z|_max稱為末端執行器能夠穩定的最大位移絕對值之差；

當末端執行器處于工作空間某一確定位置點時，三個傾角中任一個大于最大臨界傾角時，末端執行器將不能達到穩定；或當末端執行器處于工作空間某一確定位置點時，三個差值|x-y|_max,|x-z|_max,|y-z|_max中任一個大于最大臨界值時，末端執行器將不能達到穩定。

2.根據權利要求1所述的基于位姿索力剛度的繩牽引并聯機器人的穩定性評價方法，其特征在于：在步驟S1中，當繩牽引并聯機器人末端執行器在工作空間內的位姿為α＝0,β＝0,γ＝0且x＝y＝z，末端執行器的穩定性最好，處于工作空間的中心點；α_max,β_max,γ_max且|x-y|_max,|x-z|_max,|y-z|_max時，末端執行器的穩定性最差。

3.根據權利要求1所述的基于位姿索力剛度的繩牽引并聯機器人的穩定性評價方法，其特征在于：在步驟S4中，加權系數b₁，b₂，b₃的取值表示側重各因素的穩定性評估：

當b₁b₂b₃時，表明位姿因子對末端執行器穩定性影響最大，其次是索力因子，最后是剛度因子；

當b₁＝b₂＝b₃時，表明位姿因子、索力因子和剛度因子三者對末端執行器穩定性的影響是相同的；

當b₁b₂b₃時，表明剛度因子對末端執行器穩定性影響最大，其次是索力因子，最后是位姿因子。