[發(fā)明專利]消防機器人多指標結(jié)構優(yōu)化方法

在審

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• 申請日: 2020-12-22
• 公開（公告）號: CN112743556A
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發(fā)明（設計）人: 訾栓緊;紀任鑫;祝鑫海;李虹
• 申請（專利權）人: 中國消防救援學院
• 主分類號: B25J11/00
• 分類號: B25J11/00;B25J9/02;B25J18/00;A62C27/00
• 代理公司: 北京中南長風知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 11674
• 代理人: 穆麗紅

本發(fā)明涉及一種消防機器人多指標結(jié)構優(yōu)化方法，包括：建立消防機器人系統(tǒng)的運動學模型，利用拉格朗日方法建立消防機器人系統(tǒng)的正向及逆向動力學模型；基于所建立的模型，對消防機器人的作業(yè)空間、負載能力、運動性能指標進行數(shù)學描述，得到各個指標與數(shù)學模型的內(nèi)蘊關系，建立多指標線性加權綜合優(yōu)化函數(shù)，并基于現(xiàn)實需求和模糊推理相結(jié)合的方法計算加權系數(shù)，最終確定消防機器人各分部件的指標參數(shù)；機器人系統(tǒng)布局優(yōu)化；虛擬仿真環(huán)境下的設計驗證。本發(fā)明針對于消防機器人的機動性能、負載能力、工作空間、穩(wěn)定性能進行多指標的綜合優(yōu)化設計，達到了總體性能的均衡，克服了消防機器人面對復雜救援環(huán)境時移動不便的缺點。

技術領域

本發(fā)明屬于消防救援技術領域，尤其涉及一種消防機器人多指標結(jié)構優(yōu)化方法。

背景技術

消防機器人是科技不斷發(fā)展和創(chuàng)新的產(chǎn)物，是一種特種機器人，在滅火以及搶險救援中能夠起到讓人意想不到的作用，可以輔助甚至逐漸取代消防員的工作，保障了消防員的生命安全。但大部分消防救援機器人在實際的應用過程中，也有著許多不足之處：若消防機器人的機械結(jié)構設計不夠合理，移動不便，進入到火災陣地時間較長，會錯過最好的救援時機，限制其優(yōu)點的發(fā)揮，因此，需要對消防機器人的結(jié)構進行優(yōu)化。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種消防機器人多指標結(jié)構優(yōu)化方法，以解決上述技術問題。

本發(fā)明提供了一種消防機器人多指標結(jié)構優(yōu)化方法，包括如下步驟：

步驟1，采用位姿描述、D-H坐標變換方法建立消防機器人系統(tǒng)的運動學模型，利用拉格朗日方法建立消防機器人系統(tǒng)的正向及逆向動力學模型；

步驟2，基于所建立的運動學與動力學模型，對消防機器人的作業(yè)空間、負載能力、運動性能指標進行數(shù)學描述，得到各個指標與數(shù)學模型的內(nèi)蘊關系，建立多指標線性加權綜合優(yōu)化函數(shù)，并基于現(xiàn)實需求和模糊推理相結(jié)合的方法計算加權系數(shù)，最終確定消防機器人各分部件的指標參數(shù)；

步驟3，利用三維建模軟件對系統(tǒng)的總體布局進行優(yōu)化設計，實現(xiàn)其小體積與多功能的優(yōu)化；

步驟4，搭建火災現(xiàn)場的虛擬地形和機器人系統(tǒng)的虛擬模型，并對虛擬模型進行驅(qū)動，得到消防機器人在不同地形環(huán)境下的結(jié)構形式及運動方式的適應性，對機器人系統(tǒng)的結(jié)構優(yōu)化設計進行驗證與迭代。

進一步地，所述步驟1包括：

將所得的運動學模型及動力學模型與計算機輔助建模軟件進行對比分析，最終得到具有高可信度的系統(tǒng)模型。

進一步地，步驟2中所述指標參數(shù)通過梯度類算法進行極值的求解得到。

借由上述方案，通過消防機器人多指標結(jié)構優(yōu)化方法，針對于消防機器人的機動性能、負載能力、工作空間、穩(wěn)定性能進行多指標的綜合優(yōu)化設計，達到了總體性能的均衡，克服了消防機器人面對復雜救援環(huán)境時移動不便的缺點。

上述說明僅是本發(fā)明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實施，以下以本發(fā)明的較佳實施例詳細說明如后。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一實施例中雙臂救援機器人D-H坐標系示意圖；

圖2是本發(fā)明一實施例中層次模型示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

下面結(jié)合實施例，對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。