[發明專利]基于關節驅動負載的噴涂機器人安裝位置確定方法及裝置

有效

• 申請號: 202010989897.0
• 申請日: 2020-09-18
• 公開（公告）號: CN112156915B
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發明（設計）人: 吳軍;劉子麟;王立平;于廣
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B05B13/04
• 分類號: B05B13/04;B25J11/00
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張大威

1.一種基于關節驅動負載的噴涂機器人安裝位置確定方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1，根據機器人運動學模型和關節運動角度范圍確定噴涂機器人的可達工作空間；

S2，根據動力學模型建立表征驅動關節負載大小的動力學評價指標；

S3，根據待噴涂工件的工作表面形狀與尺寸和機器人末端執行器與工作表面的距離，確定噴涂機器人的任務工作空間范圍，在所述任務工作空間范圍內等距均勻選擇多個位點，以各位點對應的動力學評價指標的平均值作為表征區域整體負載水平的評價指標；

S4，在所述可達工作空間范圍內，尋找所述整體負載水平的評價指標的最低點，通過坐標轉換確定噴涂機器人與所述待噴涂工件的相對安裝位置，其中，在所述可達工作空間范圍內，求取所述區域整體負載評價指標的分布，尋找所述區域整體負載評價指標具有最小值時的基準位點坐標，其中，所述最小值時的基準位點坐標，結合機器人末端執行器與工作表面的噴涂間距要求、工件與地面的擺放高度、機器人坐標系原點與安裝點的相對位置，求取機器人安裝點與工件的相對水平距離與豎直距離，確定所述機器人的安裝位置。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述S1進一步包括：

基于矢量環法建立噴涂機器人的正運動學模型，根據給定的機構幾何參數與驅動關節的運動角度范圍，計算機器人末端執行器的運動范圍，將所述運動范圍作為噴涂機器人的可達工作空間。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述S2進一步包括：

基于虛功原理建立噴涂機器人的動力學模型，噴涂機器人的動力學模型表達式為：

其中，τ＝[τ₁ τ₂…τ_n]^T為各個驅動關節的驅動力矩組成的向量，q＝[θ₁ θ₂…θ_n]^T為各個驅動關節的角度值，n為機器人的驅動關節數目，M(q)為機器人的慣量矩陣，為離心力與科氏力項，G(q)為重力項，為各個驅動關節的角加速度值，為各個驅動關節的角速度值。

4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述S2進一步包括：所述驅動關節負載大小的動力學評價指標用于表征噴涂機器人在某一位姿下可能具有的最大驅動負載，其中，某一驅動關節的負載水平評價指標為：

其中，i為機器人的驅動關節序號，M_ij為慣量矩陣的第i行第j列元素，G_i為重力項的第i行元素，為全部驅動關節中最大角加速度的設計值，g＝9.8m/s²為重力加速度。

5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述S3進一步包括：

根據所述待噴涂工件的表面形狀與尺寸，以及機器人末端執行器與工作表面的噴涂間距要求，并考慮機器人運動精度及安全限制，確定機器人末端執行器在至少滿足當前工作需求時應具有的最小運動范圍，所述最小運動范圍為所述機器人的任務工作空間范圍。

6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述S3進一步包括：

在所述任務工作空間范圍內，等距均勻地選取多個位點，根據單驅動關節負載水平評價指標，確定表征噴涂機器人在某一區域整體負載水平的評價指標，所述評價指標為：

其中，s為選擇的位點的個數，DLI_i(q_k)為機器人的第i個驅動關節在第k個位點的指標數值，q_k為第k個位點相對應的驅動關節角度構成的矢量。