CN107193256B - 少自由度空间并联机构拓扑性能指标分析方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种含有闭环的少自由度空间并联机构拓扑性能指标分析方法及装置，该方法包括构建含有闭环的少自由度空间并联机构的拓扑结构，优化拓扑结构和进行性能分析。本发明实施例通过设计和分析少自由度并联机构的拓扑结构，建立系统的基于拓扑结构的空间机构评价和优选方法，从而能够衡量出各种因素可能带来的影响，进而使开发出更加适合装配和工业应用的空间并联结构成为可能。
Description
技术领域
本发明涉及空间并联机构拓扑性能分析技术领域，尤其涉及一种少自由度空间并联机构拓扑性能指标分析方法及装置。
背景技术
机器人的进步推动着现代机构学的发展。在机器人的各个子装置中，机构是机器人的骨架与执行器。在机器人机构设计过程中，机器人结构综合与类型优选是最具有原始创新的设计阶段。但是长期以来，机构设计主要依赖于设计者的经验、知识、直觉和灵感思维，导致了新机构设计的困难。机器按照作为机器人运动载体的机构的空间拓扑结构进行分类的方法，包括串联机器人、空间并联机构、混联机器人。串联机器人机构由于结构简单已为学者们和工业界所熟知。空间并联机构和传统工业用串联机器人在哲学上呈现对立统一的关系，在包括运动学、动力学、运动空间和控制等问题上呈现互补的情况。
和串联机器人相比较，空间并联机构具有自身的特点，80年代之后，作为空间并联机构运动载体的并联机构成为了一个国际研究热点。从发表论文数量上可以发现，对于并联机构的研究在1995年到2002年达到了前所未有的高峰。在机构综合方法、运动分析、控制方法、工程实践等方面都取得了许多重大的突破。但是，伴随着研究的深入，研究者也发现了，由于空间并联结构本身结构的复杂性，使得现有的装配和加工技术难以保证其机构存在所规定的空间几何条件和尺度要求。而许多并联机构的自由度又严重依赖于各运动副之间的装配条件。装配误差的问题不仅仅是关系到机构运动精度的重要因素，某种程度下，这一问题的存在将会影响机构的整个运动性质以及自由度数目，甚至影响机构的存在性。虽然实际装配过程中造成的误差可以利用装配间隙等在运动中进行补偿，但正是由于误差的存在，使得对空间并联机构结构和性能进行量化，衡量各种因素可能带来的影响，寻找更加适合装配和工业应用的空间并联结构，就显得尤为重要。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的少自由度空间并联机构拓扑性能分析方法及装置，以对空间并联机构结构的性能进行量化分析。
本发明的一个方面，提供了一种含有闭环的少自由度空间并联机构拓扑性能指标分析方法，包括：
根据含有闭环的少自由度空间并联机构的自由度类型获取所述含有闭环的少自由度空间并联机构的至少一个拓扑结构；
确定各个拓扑结构中存在的过约束回路并对其消除，以及采用引入局部自由度的方法对各个拓扑结构中的运动支链进行结构扩展，分别得到各个拓扑结构对应的优化拓扑结构；
对各个优化拓扑结构对应的空间并联机构的静力学、动力学和运动学特征进行分析，得到所述含有闭环的少自由度空间并联机构的工作空间、奇异位形以及输入、输出速度和加速度的输出矩阵；
根据所述工作空间、奇异位形以及输入、输出速度和加速度的输出矩阵，分析各个优化拓扑结构对应的空间并联机构的性能指标。
其中，所述方法还包括：
比较各个优化拓扑结构对应的空间并联机构的性能指标，根据上述性能指标的比较结果，对对应的空间并联机构进行选择，以选择出符合预设条件的空间并联机构。
其中，所述获取含有闭环的少自由度空间并联机构的至少一个拓扑结构，包括：
判定所述含有闭环的少自由度空间并联机构的自由度类型；
根据所述自由度类型确定构建所述含有闭环的少自由度空间并联机构的运动支链之间的并联连接关系；
根据得到的所述并联连接关系，确定各个运动支链的支链结构；
根据所述运动支链之间的并联连接关系和各个运动支链的支链结构确定构建所述含有闭环的少自由度空间并联机构的运动副组合，进而得到所述含有闭环的少自由度空间并联机构的至少一个拓扑结构。
其中，所述判定所述含有闭环的少自由度空间并联机构的自由度类型，包括：判定所述含有闭环的少自由度空间并联机构的动平台自由度类型。
其中，所述根据所述运动支链之间的并联连接关系和各个运动支链的支链结构确定构建所述含有闭环的少自由度空间并联机构的运动副组合，还包括：
根据所述运动副组合中各个运动副的几何特征，以及多自由度运动副与单自由度运动副之间的转换关系，确定构建所述含有闭环的少自由度空间并联机构的运动支链的运动副组合。
本发明的另一个方面，提供了一种含有闭环的少自由度空间并联机构拓扑性能分析装置，包括：
获取模块，用于根据含有闭环的少自由度空间并联机构的自由度类型获取所述含有闭环的少自由度空间并联机构的至少一个拓扑结构；
优化模块，用于确定各个拓扑结构中存在的过约束回路并对其消除，以及采用引入局部自由度的方法对各个拓扑结构中的运动支链进行结构扩展，分别得到各个拓扑结构对应的优化拓扑结构；
分析模块，用于对各个优化拓扑结构对应的空间并联机构的静力学、动力学和运动学特征进行分析，得到所述含有闭环的少自由度空间并联机构的工作空间、奇异位形以及输入、输出速度和加速度的输出矩阵；
性能评价模块，用于根据所述工作空间、奇异位形以及输入、输出速度和加速度的输出矩阵，分析各个优化拓扑结构对应的空间并联机构的性能指标。
其中，所述装置还包括：
选择模块，用于比较各个优化拓扑结构对应的空间并联机构的性能指标，根据上述性能指标的比较结果，对对应的空间并联机构进行选择，以选择出符合预设条件的空间并联机构。
其中，所述获取模块包括：
判定子模块，用于判定所述含有闭环的少自由度空间并联机构的自由度类型；
并联结构分析子模块，用于根据所述自由度类型确定构建所述含有闭环的少自由度空间并联机构的运动支链之间的并联连接关系；
支链分析子模块，用于根据得到的所述并联连接关系，确定各个运动支链的支链结构；
运动副分析子模块，用于根据所述运动支链之间的并联连接关系和各个运动支链的支链结构确定构建所述含有闭环的少自由度空间并联机构的运动副组合，进而得到所述含有闭环的少自由度空间并联机构的至少一个拓扑结构。
本发明的又一个方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现任一项上述方法的步骤。
本发明的再一个方面，提供了一种含有闭环的少自由度空间并联机构拓扑性能分析的优化设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现任一项上述方法的步骤。
本申请实施例中提供的技术方案，具有如下技术效果或优点：
本发明实施例提供的含有闭环的少自由度空间并联机构拓扑性能分析方法及装置，通过设计和分析少自由度并联机构的拓扑结构，建立系统的基于拓扑结构的空间机构评价和优选方法，以供选出符合预设条件的、结构最为合理的机构，从而能够衡量出各种因素可能带来的影响，进而使得开发出更加适合装配和工业应用的空间并联结构成为可能。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明一个实施例的一种含有闭环的少自由度空间并联机构拓扑性能分析方法的流程图；
图2为本发明一个实施例的一种含有闭环的少自由度空间并联机构拓扑性能分析装置的结构框图；
图3为本发明实施例的计算机设备的示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
图1示意性示出了本发明一个实施例的一种含有闭环的少自由度空间并联机构拓扑性能分析方法的流程图。参照图1，本发明实施例具体包括以下步骤：
S101、根据含有闭环的少自由度空间并联机构的自由度类型获取所述含有闭环的少自由度空间并联机构的至少一个拓扑结构；
在本发明的实施例中，所述获取所述含有闭环的少自由度空间并联机构的至少一个拓扑结构，具体包括以下附图中未示出的步骤：
S1011、判定所述含有闭环的少自由度空间并联机构的自由度类型；
其中，所述含有闭环的少自由度空间并联机构的自由度类型的判断，具体是通过判定所述含有闭环的少自由度空间并联机构的动平台自由度类型来实现的，而动平台的运动自由度，由构件数、运动副数及类型和运动支链间的相互约束条件决定。
特别地，通过动平台运动自由度类型(移动T和转动R)及其几何关系(平行或垂直)的组合，可以对空间并联机构更详细的分类。
S1012、根据所述自由度类型确定构建所述含有闭环的少自由度空间并联机构的运动支链之间的并联连接关系；
具体的，根据设计要求的空间并联机构动平台的运动自由度，分解出各种可能的运动连接形式。
S1013、根据得到的所述并联连接关系，确定各个运动支链的支链结构；
本实施例中，通过确定所有满足上述运动连接形式的运动支链的结构条件，以保证运动支链并联作交运算后依然满足动平台的自由度要求。
具体的，将运动副按一定的顺序和几何条件从固定平台开始串联连接(包括与动平台连接的运动副)，但不与其它运动支链闭合，就构成了空间并联机构的运动支链。运动支链的结构特点及其自由度是空间并联机构设计的关键。具体的，把空间并联机构的运动支链看成一种开链结构，其中运动支链中不含闭合回路的开链结构称为单开链，含有闭合回路的开链结构称为混合单开链。运动支链的结构、自由度和末杆的运动性质对空间并联机构的性能影响极大。动平台的运动性质就是由所有的运动支链共同作用而决定的。运动支链的特性包括其机构的自由度和末杆的自由度，其中末杆的自由度是设计运动支链结构的最重要依据。
S1014、根据所述运动支链之间的并联连接关系和各个运动支链的支链结构确定构建所述含有闭环的少自由度空间并联机构的运动副组合，进而得到所述含有闭环的少自由度空间并联机构的至少一个拓扑结构。
具体的，所述根据所述运动支链之间的并联连接关系和各个运动支链的支链结构确定构建所述含有闭环的少自由度空间并联机构的运动副组合，还包括：
根据所述运动副组合中各个运动副的几何特征，以及多自由度运动副与单自由度运动副之间的转换关系，确定构建所述含有闭环的少自由度空间并联机构的运动支链的运动副组合。
运动副是设计空间并联机构的基本元素，运动副的自由度、运动范围、零部件间的间隙和制造难易程度对空间并联机构的性能有很大的影响。组成空间并联机构的运动副可分为简单运动副和复合运动副两大类，简单运动副有：移动副P(Prismatic)、转动副R(Revolute)、螺旋副H(Helix)、圆柱副C(Cylinder)、平面副G、球面副S(Spherical)。而常用的虎克铰U(Universal)是复合运动副，由两个轴线相交并垂直的转动副复合而成。另外，也可以把具有确定相对运动的闭合回路看成是一种虚拟的复合运动副，如Delta机器人中用四个球面副S组成的平行四边形结构。由于多自由度运动副如C、G和S可以用多个转动副R和移动副P串联连接代替，所以可以把R和P看作基本运动副。
运动副是空间并联机构的基本结构单元，深入分析和掌握运动副的自由度特征、机构的集合条件以及多自由度运动副与单自由度运动副间的关系，是进行空间并联机构拓扑机构设计的基础。使用符号表示运动副几何特征，分析多自由度运动副与单子有运动副等价替代的规律，是符号运算法进行运动支链设计和并联机构拓朴设计的根本依据，在具体的实践中，可以应用抽象代数中的群论方法，深入分析运动副与位移子群的对应关系，使用齐次坐标矩阵描述运动副自由度的数学特点，用数学语言揭示多自由度运动副与单自由度运动副间的替代规律。
S102、确定各个拓扑结构中存在的过约束回路并对其消除，以及采用引入局部自由度的方法对各个拓扑结构中的运动支链进行结构扩展，分别得到各个拓扑结构对应的优化拓扑结构；
其中，对于空间并联机构中的某个回路来说，过约束回路可以分为三类：无过约束回路、一般过约束回路、特殊过约束回路。一般过约束回路具有结构简单、精度高和刚度大等优点，但其同时需要较高的制造成本，对运动副的误差很敏感，造成机构装卸困难、运动副反力增大、机械效率下降、振动和噪音增大、加速运动副磨损等，影响动力学性能和构件寿命。因此，分析并联机器人中的过约束性，对降低制造成本、提高动力性能和构件的寿命具有重要的意义。
并联机器人拓扑结构综合过程中，经常使用引入局部自由度的方法来扩展运动支链的结构形式，特别的，利用平面回路机构中的局部自由度可以设计出一些新颖结构的少自由度并联机器人，如2-RRS-2-SPS和2-RPS-2-SPS机器人。
S103、对各个优化拓扑结构对应的空间并联机构的静力学、动力学和运动学特征进行分析，得到所述含有闭环的少自由度空间并联机构的工作空间、奇异位形以及输入、输出速度和加速度的输出矩阵；
S104、根据所述工作空间、奇异位形以及输入、输出速度和加速度的输出矩阵，分析各个优化拓扑结构对应的空间并联机构的性能指标。
本发明的这一实施例通过设计和分析少自由度并联机构的拓扑结构，建立系统的基于拓扑结构的空间并联机构评价和优选方法，从而能够衡量出各种因素可能带来的影响，进而使开发出更加适合装配和工业应用的空间并联结构成为可能。
其中，S104之后还包括以下附图中未示出的步骤：
S105、比较各个优化拓扑结构对应的空间并联机构的性能指标，根据上述性能指标的比较结果，对对应的空间并联机构进行选择，以选择出符合预设条件的空间并联机构。
在实际应用中，可以根据并联机构所处的空间的限制，运动副的装配限制，实际的装配难度，以及装配成本等来选择所需要的空间并联机构。
本发明实施例提供的含有闭环的少自由度空间并联机构拓扑性能分析方法，通过设计和分析少自由度并联机构的拓扑结构，建立系统的基于拓扑结构的空间机构评价和优选方法，选出符合预设条件的、结构最为合理的机构，从而能够衡量出各种因素可能带来的影响，开发出更加适合装配和工业应用的空间并联结构。
对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明实施例所必须的。
图2示意性示出了本发明一个实施例的含有闭环的少自由度空间并联机构拓扑性能分析装置的结构框图。参照图2，含有闭环的少自由度空间并联机构拓扑性能分析装置具体包括获取模块201、优化模块202、分析模块203和性能评价模块204，其中：
所述获取模块201，用于根据含有闭环的少自由度空间并联机构的自由度类型获取所述含有闭环的少自由度空间并联机构的至少一个拓扑结构；
所述优化模块202，用于确定各个拓扑结构中存在的过约束回路并对其消除，以及采用引入局部自由度的方法对各个拓扑结构中的运动支链进行结构扩展，分别得到各个拓扑结构对应的优化拓扑结构；
所述分析模块203，用于对各个优化拓扑结构对应的空间并联机构的静力学、动力学和运动学特征进行分析，得到所述含有闭环的少自由度空间并联机构的工作空间、奇异位形以及输入、输出速度和加速度的输出矩阵；
所述性能评价模块204，用于根据所述工作空间、奇异位形以及输入、输出速度和加速度的输出矩阵，分析各个优化拓扑结构对应的空间并联机构的性能指标。
本发明实施例通过设计和分析少自由度并联机构的拓扑结构，建立系统的基于拓扑结构的空间并联机构评价和优选方法，从而能够衡量出各种因素可能带来的影响，进而使开发出更加适合装配和工业应用的空间并联结构成为可能
其中，所述装置还包括：
选择模块，用于比较各个优化拓扑结构对应的空间并联机构的性能指标，根据上述性能指标的比较结果，对对应的空间并联机构进行选择，以选择出符合预设条件的空间并联机构。
本实施例中，所述获取模块201包括：
判定子模块，用于判定所述含有闭环的少自由度空间并联机构的自由度类型；
并联结构分析子模块，用于根据所述自由度类型确定构建所述含有闭环的少自由度空间并联机构的运动支链之间的并联连接关系；
支链分析子模块，用于根据得到的所述并联连接关系，确定各个运动支链的支链结构；
运动副分析子模块，用于根据所述运动支链之间的并联连接关系和各个运动支链的支链结构确定构建所述含有闭环的少自由度空间并联机构的运动副组合，进而得到所述含有闭环的少自由度空间并联机构的至少一个拓扑结构。
在本发明的这一实施例中，所述判定子模块，具体用于判定所述含有闭环的少自由度空间并联机构的动平台自由度类型。
在本发明的这一实施例中，所述运动副分析子模块，具体用于根据所述运动副组合中各个运动副的几何特征，以及多自由度运动副与单自由度运动副之间的转换关系，确定构建所述含有闭环的少自由度空间并联机构的运动支链的运动副组合。
本发明实施例提供的含有闭环的少自由度空间并联机构拓扑性能分析装置，通过设计和分析少自由度并联机构的拓扑结构，建立系统的基于拓扑结构的空间机构评价和优选方法，选出符合预设条件的、结构最为合理的机构，从而能够衡量出各种因素可能带来的影响，开发出更加适合装配和工业应用的空间并联结构。
此外，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上所述方法的步骤。
本实施例中，所述拓扑结构分析装置集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
图3为本发明实施例提供的计算机设备的示意图。本发明实施例提供的计算机设备，包括存储器301、处理器302及存储在存储器301上并可在处理器302上运行的计算机程序，所述处理器302执行所述计算机程序时实现上述空间并联机构拓扑性能分析方法实施例中的步骤，例如图1所示的S101、根据所述运动副组合中各个运动副的几何特征，以及多自由度运动副与单自由度运动副之间的转换关系，确定构建所述含有闭环的少自由度空间并联机构的运动支链的运动副组合。S102、确定各个拓扑结构中存在的过约束回路并对其消除，以及采用引入局部自由度的方法对各个拓扑结构中的运动支链进行结构扩展，分别得到各个拓扑结构对应的优化拓扑结构；S103、对各个优化拓扑结构对应的空间并联机构的静力学、动力学和运动学特征进行分析，得到所述含有闭环的少自由度空间并联机构的工作空间、奇异位形以及输入、输出速度和加速度的输出矩阵；S104、根据所述工作空间、奇异位形以及输入、输出速度和加速度的输出矩阵，分析各个优化拓扑结构对应的空间并联机构的性能指标。或者，所述处理器302执行所述计算机程序时实现上述拓扑结构分析装置实施例中各模块/单元的功能，例如图2所示的获取模块201、优化模块202、分析模块203和性能评价模块204。
示例性的，所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述基因检测管理装置中的执行过程。
所述计算机设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述计算机设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，所述示意图3仅仅是计算机设备的示例，并不构成对计算机设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述计算机设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所述处理器可以是中央处理单元(CentralProcessingUnit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(DigitalSignalProcessor，DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-ProgrammableGateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述计算机设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个计算机设备的各个部分。
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述计算机设备的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作装置、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(SmartMediaCard,SMC)，安全数字(SecureDigital,SD)卡，闪存卡(FlashCard)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
Claims (4)
1.一种含有闭环的少自由度空间并联机构拓扑性能分析方法，其特征在于，所述方法包括：
根据含有闭环的少自由度空间并联机构的自由度类型获取所述含有闭环的少自由度空间并联机构的至少一个拓扑结构；
确定各个拓扑结构中存在的过约束回路并对其消除，以及采用引入局部自由度的方法对各个拓扑结构中的运动支链进行结构扩展，分别得到各个拓扑结构对应的优化拓扑结构；
对各个优化拓扑结构对应的空间并联机构的静力学、动力学和运动学特征进行分析，得到所述含有闭环的少自由度空间并联机构的工作空间、奇异位形以及输入、输出速度和加速度的输出矩阵；
根据所述工作空间、奇异位形以及输入、输出速度和加速度的输出矩阵，分析各个优化拓扑结构对应的空间并联机构的性能指标；
比较各个优化拓扑结构对应的空间并联机构的性能指标，根据上述性能指标的比较结果，对对应的空间并联机构进行选择，以选择出符合预设条件的空间并联机构；
所述获取含有闭环的少自由度空间并联机构的至少一个拓扑结构，包括：
判定所述含有闭环的少自由度空间并联机构的自由度类型，具体包括：通过判定所述含有闭环的少自由度空间并联机构的动平台的构件数、运动副数及类型和运动支链间的相互约束条件确定其自由度类型；
根据所述自由度类型确定构建所述含有闭环的少自由度空间并联机构的运动支链之间的并联连接关系；根据得到的所述并联连接关系，确定各个运动支链的支链结构，具体包括：将含有闭环的少自由度空间并联机构的运动副按一定的顺序和几何条件从固定平台开始串联连接，不与其它运动支链闭合，形成所述空间并联机构的运动支链；
根据所述运动支链之间的并联连接关系和各个运动支链的支链结构确定构建所述含有闭环的少自由度空间并联机构的运动副组合，进而得到所述含有闭环的少自由度空间并联机构的至少一个拓扑结构；
具体的，所述根据所述运动支链之间的并联连接关系和各个运动支链的支链结构确定构建所述含有闭环的少自由度空间并联机构的运动副组合，还包括：
根据所述运动副组合中各个运动副的几何特征，以及多自由度运动副与单自由度运动副之间的转换关系，确定构建所述含有闭环的少自由度空间并联机构的运动支链的运动副组合。
2.一种含有闭环的少自由度空间并联机构拓扑性能分析装置，其特征在于，所述装置包括：
获取模块，用于根据含有闭环的少自由度空间并联机构的自由度类型获取所述含有闭环的少自由度空间并联机构的至少一个拓扑结构；
优化模块，用于确定各个拓扑结构中存在的过约束回路并对其消除，以及采用引入局部自由度的方法对各个拓扑结构中的运动支链进行结构扩展，分别得到各个拓扑结构对应的优化拓扑结构；
分析模块，用于对各个优化拓扑结构对应的空间并联机构的静力学、动力学和运动学特征进行分析，得到所述含有闭环的少自由度空间并联机构的工作空间、奇异位形以及输入、输出速度和加速度的输出矩阵；
性能评价模块，用于根据所述工作空间、奇异位形以及输入、输出速度和加速度的输出矩阵，分析各个优化拓扑结构对应的空间并联机构的性能指标；
选择模块，用于比较各个优化拓扑结构对应的空间并联机构的性能指标，根据上述性能指标的比较结果，对对应的空间并联机构进行选择，以选择出符合预设条件的空间并联机构；
所述获取模块包括：
判定子模块，用于判定所述含有闭环的少自由度空间并联机构的自由度类型；
并联结构分析子模块，用于根据所述自由度类型确定构建所述含有闭环的少自由度空间并联机构的运动支链之间的并联连接关系；支链分析子模块，用于根据得到的所述并联连接关系，确定各个运动支链的支链结构；
运动副分析子模块，用于根据所述运动支链之间的并联连接关系和各个运动支链的支链结构确定构建所述含有闭环的少自由度空间并联机构的运动副组合，进而得到所述含有闭环的少自由度空间并联机构的至少一个拓扑结构；
具体的，所述根据所述运动支链之间的并联连接关系和各个运动支链的支链结构确定构建所述含有闭环的少自由度空间并联机构的运动副组合，还包括：
根据所述运动副组合中各个运动副的几何特征，以及多自由度运动副与单自由度运动副之间的转换关系，确定构建所述含有闭环的少自由度空间并联机构的运动支链的运动副组合。
3.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1所述方法的步骤。
4.一种含有闭环的少自由度空间并联机构拓扑性能分析的优化设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1所述方法的步骤。
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| 少自由度并联机器人拓扑结构设计及运动学研究;黄勇刚;《中国优秀博硕士学位论文全文数据库 (硕士)信息科技辑》;20051215;第1-94页 * |
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