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

有效

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

本發(fā)明是一種機(jī)械臂負(fù)載質(zhì)心范圍計(jì)算與負(fù)載曲線圖繪制方法，屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明方法將負(fù)載視為一具有質(zhì)量的質(zhì)點(diǎn)，由機(jī)械臂末端關(guān)節(jié)的負(fù)載允許最大扭矩和慣性矩計(jì)算負(fù)載質(zhì)心橫坐標(biāo)臨界值，通過機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)方程計(jì)算機(jī)械臂各關(guān)節(jié)的扭矩，記錄每個(gè)關(guān)節(jié)扭矩等于所能承受的扭矩最大值時(shí)的負(fù)載質(zhì)心縱坐標(biāo)，再確定當(dāng)前負(fù)載質(zhì)量下的負(fù)載質(zhì)心縱坐標(biāo)臨界值；改變負(fù)載質(zhì)量，重復(fù)上述步驟，計(jì)算不同負(fù)載質(zhì)量下的負(fù)載質(zhì)心橫、縱坐標(biāo)臨界值，繪制機(jī)械臂負(fù)載曲線圖。本發(fā)明綜合考慮整條機(jī)械臂的扭矩承受能力，可繪制準(zhǔn)確的負(fù)載曲線圖，滿足了機(jī)械臂生產(chǎn)商需要繪制負(fù)載曲線圖的需求，適用于多關(guān)節(jié)機(jī)器人或者機(jī)械臂，尤其是輕量性機(jī)器人。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種機(jī)械臂負(fù)載質(zhì)心范圍計(jì)算與負(fù)載曲線圖繪制方法。

背景技術(shù)

工業(yè)機(jī)器人的廣泛應(yīng)用對(duì)于提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、降低勞動(dòng)成本以及改善勞動(dòng)環(huán)境具有非常重要的意義。近些年來(lái)，機(jī)器人技術(shù)飛速發(fā)展，在汽車、輪船、機(jī)械加工、橡膠及塑料工業(yè)、食品工業(yè)、木工制造業(yè)等諸多行業(yè)中隨處可見。

然而，隨著工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用形式的不斷增加，其使用的安全性也備受重視。其中，機(jī)器人末端的負(fù)載重量受到機(jī)器人整體允許承載的最大負(fù)載限制，在一定的負(fù)載下，負(fù)載的質(zhì)心范圍必須要在允許范圍內(nèi)，若超出允許范圍，就會(huì)出現(xiàn)過載現(xiàn)象。當(dāng)機(jī)器人末端過載時(shí)，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行容易造成機(jī)器人損壞，影響經(jīng)濟(jì)效益，情況嚴(yán)重時(shí)甚至可能會(huì)造成人員傷亡。

國(guó)內(nèi)機(jī)器人負(fù)載質(zhì)心范圍的計(jì)算和負(fù)載曲線圖的繪制一直是重點(diǎn)和難點(diǎn)，目前并沒有明確規(guī)定負(fù)載曲線圖的繪制標(biāo)準(zhǔn)，不同的機(jī)器人廠家的計(jì)算方法和對(duì)負(fù)載圖的定義各有不同，這對(duì)于不同領(lǐng)域的機(jī)器人應(yīng)用選型有一定的困難。

目前國(guó)內(nèi)關(guān)于機(jī)械臂負(fù)載質(zhì)心范圍計(jì)算與負(fù)載曲線圖繪制方法，多是通過分析國(guó)外機(jī)械臂產(chǎn)品規(guī)格中給出的負(fù)載曲線圖，進(jìn)行一定的假設(shè)基礎(chǔ)上給出一種繪制方法，并不準(zhǔn)確，也不嚴(yán)謹(jǐn)。

發(fā)明內(nèi)容

現(xiàn)有的機(jī)械臂負(fù)載質(zhì)心范圍計(jì)算與負(fù)載曲線圖繪制方法存在基于猜想、不準(zhǔn)確、不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膯栴}，也存在只考慮部分薄弱關(guān)節(jié)來(lái)計(jì)算負(fù)載質(zhì)心范圍但并不適用于輕型機(jī)器人等問題，因此，本發(fā)明提供了一種機(jī)械臂負(fù)載質(zhì)心范圍計(jì)算與負(fù)載曲線圖繪制方法，應(yīng)用于多關(guān)節(jié)機(jī)器人或者機(jī)械臂，尤其針對(duì)輕量型機(jī)器人，綜合考慮整條機(jī)械臂的扭矩承受能力，在機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)模型基礎(chǔ)上進(jìn)行質(zhì)心范圍計(jì)算，為機(jī)械臂負(fù)載質(zhì)心范圍監(jiān)測(cè)提供參考，可滿足機(jī)械臂生產(chǎn)商需要繪制負(fù)載曲線圖的需求。

本發(fā)明的機(jī)械臂負(fù)載質(zhì)心范圍計(jì)算與負(fù)載曲線圖繪制方法，包括如下步驟：

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

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

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

步驟4：采用Newton-Euler方法建立機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)方程，計(jì)算當(dāng)前機(jī)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(fù)載質(zhì)心縱坐標(biāo)，若否，改變負(fù)載質(zhì)心坐標(biāo)位置，轉(zhuǎn)步驟3計(jì)算；

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

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