[發明專利]一種基于全域空間條件數的優化機器人靈活度的方法

有效

• 申請號: 202010470431.X
• 申請日: 2020-05-28
• 公開（公告）號: CN111660296B
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發明（設計）人: 王文杰;陶慶;王曉華;張蕾;李珣
• 申請（專利權）人: 西安工程大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 涂秀清

本發明公開了一種基于全域空間條件數的優化機器人靈活度的方法，具體包括如下步驟進行：步驟1：根據坐標系確定機器人D?H參數；步驟2：采用D?H法來建立機器人的正運動學模型；步驟3：根據工作空間和工作任務的要求，確定各關節的運動范圍；步驟4：根據正運動學求解雅可比矩陣的條件數；步驟5：建立綜合靈活度評價指標；步驟6：以綜合靈活度評價指標為優化目標，采用優化算法，對機器人尺寸進行優化。本發明避免了對逆運動學進行分析，簡化了運算過程，所提出的靈活度評價方法能夠直觀便捷地為所研究機器人影響靈活度的結構參數尺寸設計提供分析依據。

技術領域

本發明屬于機器人靈活度評價技術領域，提供了一種基于全域空間條件數的優化機器人靈活度的方法。

背景技術

機器人靈活度是機器人運動性能應用最廣泛的評價指標之一，是指機器人末端參考點位于工作空間內的某一點時，末端工具能取得的姿態的數量。機器人靈活度是描述是對機器人的靈巧作業性能與作業任務可執行能力的一種表征，靈活度評價方法已被廣泛應用評價機器人的靈活特性，然而，這些方法需要求解機器人逆運動學，求解過程復雜，而且只是對一個位置進行分析缺乏對工作范圍內整體靈活度的分析。靈活度研究可為機器人的結構設計、末端執行器姿態規劃、工件定位等提供理論分析依據。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于全域空間條件數的優化機器人靈活度的方法，解決了現有方法需要求解機器人逆運動學，求解過程復雜，而且只是對一個位置進行分析缺乏對工作范圍內整體靈活度分析的問題。

本發明所采用的技術方案是，

一種基于全域空間條件數的優化機器人靈活度的方法，具體包括如下步

驟進行：

步驟1：根據坐標系確定機器人D-H參數；

步驟2：根據機器人的D-H參數采用D-H法來建立機器人的正運動學模型；

步驟3：根據工作空間的限制和工作任務的要求，采用實驗法確定各關節的運動范圍；

步驟4：根據正運動學求解雅可比矩陣的條件數；

步驟5：根據如下公式(6)對條件數在整個運動空間內取平均值：

式中：K為條件數，W為工作空間，GCI為全域空間條件數均值；

在空間條件數均值和低條件數概率的基礎上，建立綜合靈活度評價指標；

步驟6：以綜合靈活度評價指標為優化目標，采用優化算法，對機器人尺寸進行優化，得到優化靈活度后的機器人。

本發明的特點還在于，

步驟1的具體過程如下：

步驟1.1：找到各關節軸，并畫出這些軸線的延長線；

步驟1.2：找到關節軸i和關節軸i+1之間的公垂線，以該公垂線與關節軸i的交點作為連桿坐標系{i}的原點；

步驟1.3：規定z_i軸沿關節軸i的方向；

步驟1.4：規定x_i軸沿公垂線a_i的方向，由關節軸i指向關節軸i+1如果關節軸i和關節軸i+1相交，則規定x_i軸垂直于這兩條關節軸所在的平面；

步驟1.5：根據右手法則確定y_i軸；

步驟1.6：當第一個關節的變量為0時，規定坐標系{0}與坐標系{1}重合，對于坐標系{n}，其原點和x_n軸的方向可以任意選取；

步驟1.7：確定四個DH參數。