[發(fā)明專利]一種機械臂負載質(zhì)心范圍計算與負載曲線圖繪制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211677427.6
• 申請日: 2022-12-26
• 公開（公告）號: CN115816461B
• 公開（公告）日: 2023-10-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張旭龍;蘭會;張穎;鄭隨兵
• 申請（專利權(quán)）人: 睿爾曼智能科技（北京）有限公司
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 北京代代志同知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 16004
• 代理人: 祗志潔

1.一種機械臂負載質(zhì)心范圍計算與負載曲線圖繪制方法，其特征在于，包括：

步驟1：確定當(dāng)前作用于機械臂末端的負載質(zhì)量和負載質(zhì)心坐標(biāo)；負載質(zhì)心坐標(biāo)位于建立在機械臂末端的空間直角坐標(biāo)系內(nèi)；

步驟2：根據(jù)機械臂末端關(guān)節(jié)的負載允許最大扭矩和慣性矩計算負載質(zhì)心橫坐標(biāo)臨界值；

步驟3：將負載視為一具有質(zhì)量的質(zhì)點，質(zhì)點位于負載質(zhì)心坐標(biāo)位置，根據(jù)質(zhì)點繞軸的轉(zhuǎn)動慣量和繞軸慣性積計算公式，計算負載相對于所述空間直角坐標(biāo)系三軸的轉(zhuǎn)動慣量和慣性積；

步驟4：采用Newton-Euler方法建立機械臂動力學(xué)方程，計算當(dāng)前機械臂各關(guān)節(jié)的扭矩；

步驟5：判斷當(dāng)前是否有關(guān)節(jié)的扭矩等于該關(guān)節(jié)所能承受的扭矩最大值，若是，記錄當(dāng)前負載質(zhì)心縱坐標(biāo)，若否，改變負載質(zhì)心坐標(biāo)位置，轉(zhuǎn)步驟3計算；

步驟6：根據(jù)所記錄的機械臂所有關(guān)節(jié)對應(yīng)的負載質(zhì)心縱坐標(biāo)，選取其中最小值作為負載質(zhì)心縱坐標(biāo)臨界值；

步驟7：改變負載質(zhì)量，重復(fù)執(zhí)行上述步驟1～6，計算不同負載質(zhì)量下的負載質(zhì)心橫、縱坐標(biāo)臨界值，然后繪制機械臂負載曲線圖，負載曲線圖中記載不同負載質(zhì)量下的負載質(zhì)心橫、縱坐標(biāo)臨界值。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步驟1中，以機械臂末端法蘭面的旋轉(zhuǎn)中心為原點建立空間直角坐標(biāo)系，空間直角坐標(biāo)系的Z軸垂直于末端法蘭面，空間直角坐標(biāo)系的X軸和Y軸位于末端法蘭面內(nèi)，獲取負載質(zhì)心在空間直角坐標(biāo)系內(nèi)的坐標(biāo)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步驟3中，設(shè)當(dāng)前負載質(zhì)量為m_t，則轉(zhuǎn)動慣量和慣性積計算如下：

轉(zhuǎn)動慣量I_ii＝m_t·r_i²；

慣性積I_ij＝m_t·l_i·l_j；

其中，下角標(biāo)i和j表示不同坐標(biāo)軸，坐標(biāo)軸為所述空間直角坐標(biāo)系的x,y,z軸；r_i為質(zhì)點到i軸的距離，l_i、l_j分別表示質(zhì)心在i軸和j軸的坐標(biāo)值。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步驟4包括：

(1)獲取機械臂的改進D-H參數(shù)，各關(guān)節(jié)連桿的質(zhì)量、質(zhì)心坐標(biāo)和慣性張量；

(2)根據(jù)Newton-Euler方程，利用關(guān)節(jié)連桿的連接關(guān)系，推導(dǎo)從基座到末端的各關(guān)節(jié)連桿的角速度、角加速度、速度和加速度；

(3)計算各關(guān)節(jié)連桿的慣性力和慣性力矩；

(4)從機械臂的末端關(guān)節(jié)開始，進行內(nèi)推，求取由末端關(guān)節(jié)到基座各關(guān)節(jié)所受的力和力矩。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步驟7中，繪制的機械臂負載曲線圖的橫坐標(biāo)為垂直于所述空間直角坐標(biāo)系的x軸的直線，各負載質(zhì)量下的弧線為以決定負載質(zhì)心縱坐標(biāo)臨界值的關(guān)節(jié)處到達末端法蘭面的距離為半徑的圓弧，圓弧與所述空間直角坐標(biāo)系的y軸的交點為計算的負載質(zhì)心縱坐標(biāo)臨界值，圓弧與垂直于x軸的直線交于一點，構(gòu)成了負載曲線。