CN108115689B - 一种机器人灵活性分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于机器人灵活性分析技术领域，提供了一种机器人灵活性分析方法，该方法包括如下步骤：S1、进行机器人的D‑H参数分析；S2、建立机器人连杆在D‑H参考坐标下的运动学模型；S3、对机器人的运动学模型行数值计算仿真和虚拟样机仿真，验证所提出的运动学解法的正确性；S4、基于映射空间包络曲面获取机器人的灵活工作区间。本发明提供了一种基于映射空间包络曲面的机器人灵巧性分析方法，本申请所提出的灵巧性分析方法以图形化形式不仅可以直观定性地描述可达点的灵巧特性，而且能够定量地度量可达点对应的可达性，所提出的灵巧性分析方法能够直观便捷地为所研究机器人影响灵巧性的结构参数尺寸设计提供图形化形式描述的分析依据。

Description

一种机器人灵活性分析方法
技术领域
本发明属于机器人灵活性分析技术领域，提供了一种机器人灵活性分析方法。
背景技术
机器人灵巧性分析方法是描述机器人运动特征属性的重要工具，是对机器人的灵巧作业性能与作业任务可执行能力的一种表征，灵巧性分析研究可为机器人的结构设计、末端执行器姿态规划、工件定位等提供理论分析依据。
灵巧性分析评价方法已被广泛应用定量地评价机器人的灵巧特性，然而，这些方法缺乏机器人结构与灵巧特性的几何拓扑关系的直观展示性。
发明内容
本发明实施例提供一种机器人灵活性分析方法，旨在解决现有的灵巧性分型方法存在不能直观展示机器人结构与灵巧特性的几何拓扑关系的问题。
本发明是这样实现的，一种机器人灵活性分析方法，该方法包括如下步骤：
S1、进行机器人的D-H参数分析；
S2、建立机器人连杆在D-H参考坐标下的运动学模型；
S3、对机器人的运动学模型行数值计算仿真和虚拟样机仿真，验证所提出的运动学解法的正确性；
S4、基于映射空间包络曲面获取机器人的灵活工作区间。
进一步的，步骤S4具体包括如下步骤：
S41、获取末端工具作业点可达工作工件空间在俯视方向的最大外轮廓,该最大外轮廓即作业点可达工作空间的包络线，
S42、沿作业点可达工作空间的包络线向内缩进两个包络曲面
Figure BDA0001536247960000021
最大截面圆半径r1-max，获取灵活工作空间包络曲线；
S43、将灵活工作空间包络曲线在正视方向的上下两端各向内缩进一个包络曲面
Figure BDA0001536247960000022
高度h1，即可获取机器人的灵活工作空间。
进一步的，采用Matlab数值分析软件对机器人运动学模型进行数值仿真。
本发明提供了一种基于映射空间包络曲面的机器人灵巧性分析方法，对所研究机器人的灵巧特性开展了图形化描述分析，所提出的灵巧性分析方法的主要优势及其工程指导意义如下：
a)其他的度量灵巧性指标，如条件数、最小奇异值、最小条件数的倒数等相比，通常是定量地描述机器人结构的灵巧性，对于机器人工作空间与灵巧性之间的几何拓扑关系通常不能直观展示，往往在实际应用中缺乏直观指导性；与之相比，本申请所提出的灵巧性分析方法以图形化形式不仅可以直观定性地描述可达点的灵巧特性，而且能够定量地度量可达点对应的可达性。
b)所提出的灵巧性分析方法能够直观便捷地为所研究机器人影响灵巧性的结构参数尺寸设计提供图形化形式描述的分析依据。
c)所提出的灵巧性分析方法可以定量地度量可达点的对应可达性，可用于指导机器人打磨作业任务的末端执行器姿态规划以及工件定位。
附图说明
图1为本发明实施例提供的机器人灵巧性分析方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的灵活工作空间包络曲线获取过程的示意图；
图3为本发明实施例提供的灵活工作空间获取过程的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1为本发明实施例提供的机器人灵活性分析方法的流程图，该方法包括如下步骤：
S1、进行机器人的D-H参数分析；
S2、建立机器人连杆在D-H参考坐标下的运动学模型；
S3、对机器人的运动学模型行数值计算仿真和虚拟样机仿真，验证所提出的运动学解法的正确性；
在本发明实施例中，采用Matlab数值分析软件对机器人运动学模型进行数值仿真，将机器人三维实体几何模型导入ADAMS软件构建虚拟样机模型，验证所提出的运动学解法的正确性。
S4、基于映射空间包络曲面获取机器人的灵活工作区间。
图2为本发明实施例提供的灵活工作空间包络曲线获取过程的示意图，图3为本发明实施例提供的灵活工作空间获取过程的示意图，为了便于说明，仅示出于本发明实施例相关的部分。
在本发明实施例中，S4具体包括如下步骤：
S41、获取末端工具作业点可达工作工件空间在俯视方向的最大外轮廓,该最大外轮廓即作业点可达工作空间的包络线，
S42、沿作业点可达工作空间的包络线向内缩进两个包络曲面
Figure BDA0001536247960000031
最大截面圆半径r1-max，获取灵活工作空间包络曲线；
S43、将灵活工作空间包络曲线在正视方向的上下两端各向内缩进一个包络曲面
Figure BDA0001536247960000032
高度h1，即可获取机器人的灵活工作空间。
本发明提供了一种基于映射空间包络曲面的机器人灵巧性分析方法，对所研究机器人的灵巧特性开展了图形化描述分析，所提出的灵巧性分析方法的主要优势及其工程指导意义如下：
a)其他的度量灵巧性指标，如条件数、最小奇异值、最小条件数的倒数等相比，通常是定量地描述机器人结构的灵巧性，对于机器人工作空间与灵巧性之间的几何拓扑关系通常不能直观展示，往往在实际应用中缺乏直观指导性；与之相比，本申请所提出的灵巧性分析方法以图形化形式不仅可以直观定性地描述可达点的灵巧特性，而且能够定量地度量可达点对应的可达性。
b)所提出的灵巧性分析方法能够直观便捷地为所研究机器人影响灵巧性的结构参数尺寸设计提供图形化形式描述的分析依据。
c)所提出的灵巧性分析方法可以定量地度量可达点的对应可达性，可用于指导机器人打磨作业任务的末端执行器姿态规划以及工件定位。
上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种机器人灵活性分析方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1、进行机器人的D-H参数分析；
S2、建立机器人连杆在D-H参考坐标下的运动学模型；
S3、对机器人的运动学模型行数值计算仿真和虚拟样机仿真，验证所提出的运动学解法的正确性；
S4、基于映射空间包络曲面获取机器人的灵活工作区间；
步骤S4具体包括如下步骤：
S41、获取末端工具作业点可达工作工件空间在俯视方向的最大外轮廓,该最大外轮廓即作业点可达工作空间的包络线，
S42、沿作业点可达工作空间的包络线向内缩进两个包络曲面
Figure FDA0002756711070000011
最大截面圆半径r1-max，获取灵活工作空间包络曲线；
S43、将灵活工作空间包络曲线在正视方向的上下两端各向内缩进一个包络曲面
Figure FDA0002756711070000012
高度h1，即可获取机器人的灵活工作空间。
2.如权利要求1所述的机器人灵活性分析方法，其特征在于，采用Matlab数值分析软件对机器人运动学模型进行数值仿真。
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