[發(fā)明專利]一種機(jī)器人夾爪結(jié)構(gòu)參數(shù)快速仿真優(yōu)化方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211325631.1
• 申請(qǐng)日: 2022-10-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115526004A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-12-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 侯賡舜;哈樂(lè);王軍義;徐志剛;劉勇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所
• 主分類號(hào): G06F30/17
• 分類號(hào): G06F30/17;G06F30/23;G06F30/27;G06F111/04;G06F119/14
• 代理公司: 沈陽(yáng)科苑專利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 王倩

1.一種機(jī)器人夾爪結(jié)構(gòu)參數(shù)快速仿真優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：構(gòu)建機(jī)器人夾爪結(jié)構(gòu)參數(shù)化模型，以用于靜力學(xué)有限元仿真應(yīng)力、形變提供模型；

步驟2：利用靜力學(xué)有限元仿真軟件對(duì)機(jī)器人夾爪結(jié)構(gòu)參數(shù)化模型在不同尺寸、不同負(fù)載工況下的應(yīng)力、形變進(jìn)行仿真，得到應(yīng)力、形變仿真數(shù)據(jù)；

步驟3：根據(jù)得到應(yīng)力、形變仿真數(shù)據(jù)，采用克里金代理模型構(gòu)建含有機(jī)器人夾爪結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)和不同負(fù)載工況條件下的機(jī)器人夾爪的應(yīng)力、形變預(yù)測(cè)模型；

步驟4：通過(guò)建立粒子群尋優(yōu)算法，對(duì)在實(shí)際負(fù)載工況下，符合應(yīng)力、形變約束條件的尺寸參數(shù)進(jìn)行尋優(yōu)，得到尺寸參數(shù)的最優(yōu)值代入至應(yīng)力、形變預(yù)測(cè)模型，得到實(shí)際工況的尺寸參數(shù)以及載荷下的應(yīng)力和形變，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人夾爪結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)器人夾爪結(jié)構(gòu)參數(shù)快速仿真優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟1包括以下步驟：

步驟1.1：在三維建模軟件構(gòu)建機(jī)器人夾爪結(jié)構(gòu)三維模型；

步驟1.2：將機(jī)器人夾爪結(jié)構(gòu)的壁厚DH、壁間距DV輸入至機(jī)器人夾爪結(jié)構(gòu)三維模型，得到機(jī)器人夾爪結(jié)構(gòu)參數(shù)化模型。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)器人夾爪結(jié)構(gòu)參數(shù)快速仿真優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟2包括以下步驟：

步驟2.1：在靜力學(xué)有限元仿真軟件中對(duì)機(jī)器人夾爪結(jié)構(gòu)參數(shù)化模型進(jìn)行六面體網(wǎng)格劃分；

步驟2.2：在靜力學(xué)有限元仿真軟件中對(duì)不同尺寸參數(shù)DH、DV加載不同工況下的載荷F，進(jìn)行靜力學(xué)仿真，得到應(yīng)力、形變仿真數(shù)據(jù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種機(jī)器人夾爪結(jié)構(gòu)參數(shù)快速仿真優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟2.2，具體為：

(1)在步驟2.1六面體網(wǎng)格劃分后的機(jī)器人夾爪結(jié)構(gòu)參數(shù)化模型的基礎(chǔ)上，對(duì)機(jī)器人夾爪結(jié)構(gòu)添加固定約束，表示機(jī)器人夾爪上端與夾爪基座緊固連接；

(2)機(jī)器人夾爪下端與被夾持目標(biāo)體相接觸，依靠氣缸提供夾持力，將被夾持目標(biāo)體的重力與氣缸的夾持力采用三角函數(shù)分解法，將力分解到兩個(gè)接觸面上，即：

其中，F(xiàn)_夾為氣缸的夾持力，m為被夾持目標(biāo)體的質(zhì)量，g為重力加速度，R為夾爪夾角，n為夾臂個(gè)數(shù)；

(3)依次對(duì)不同尺寸參數(shù)DH、DV加載不同工況下的載荷F_A和F_B，通過(guò)ansysworkbench軟件進(jìn)行靜力學(xué)仿真，得到應(yīng)力、形變仿真數(shù)據(jù)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)器人夾爪結(jié)構(gòu)參數(shù)快速仿真優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟3包括以下步驟：

步驟3.1：通過(guò)拉丁超立方抽樣對(duì)步驟2中得到的應(yīng)力、形變仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行抽樣；

步驟3.2：通過(guò)步驟3.1中做得到的所有抽樣后的應(yīng)力、形變仿真數(shù)據(jù)構(gòu)建數(shù)據(jù)集，建立含有機(jī)器人夾爪結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)和不同負(fù)載工況條件下的機(jī)器人夾爪的克里金代理計(jì)算模型，即應(yīng)力、形變預(yù)測(cè)模型。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種機(jī)器人夾爪結(jié)構(gòu)參數(shù)快速仿真優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟3.1，具體為：

將變量空間分成n個(gè)互不重疊而且概率相同的子區(qū)間，為了保證樣本點(diǎn)的均勻性，在每個(gè)子區(qū)間內(nèi)隨機(jī)且獨(dú)立地進(jìn)行一次取樣；

其中，拉丁超立方抽樣的樣本為：

式中：r_i—樣本點(diǎn)的個(gè)數(shù)；i—水平數(shù)；j—維數(shù)；d_ij—1到r的隨機(jī)獨(dú)立排列數(shù)；e_ij—之間的隨機(jī)數(shù)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)器人夾爪結(jié)構(gòu)參數(shù)快速仿真優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟3.2，具體為：

將抽樣后的應(yīng)力、形變仿真數(shù)據(jù)構(gòu)建數(shù)據(jù)集，將經(jīng)過(guò)拉丁超立方抽樣后的樣本集數(shù)據(jù)代入到MATLAB已經(jīng)建立好的克里金模型中，生成形變、應(yīng)力預(yù)測(cè)模型；

以不同尺寸參數(shù)及不同載荷作為形變、應(yīng)力預(yù)測(cè)模型的輸入，不同的應(yīng)力和形變作為輸出，得到的形變、應(yīng)力預(yù)測(cè)模型作為克里金代理計(jì)算模型；

克里金代理計(jì)算模型建立完成后，通過(guò)克里金代理計(jì)算模型預(yù)測(cè)出夾爪部件在不同尺寸參數(shù)DH、DV和不同負(fù)載F下的形變和應(yīng)力。