圆钢端面贴标混联机器人结构拓扑方法技术

圆钢端面贴标混联机器人结构拓扑方法，包含如下步骤：根据圆钢端面贴标工艺，确定贴标混联机构的运动输出特性矩阵以及串并联机构的运动输出特性矩阵；构造并联机构支路结构类型，并确定支路组合方案；确定支路在两平台之间装配的几何条件，根据并联机构自由度公式检验自由度；判定消极运动副，判定主动副；进行BKC判定并计算耦合度，判定活动度类型，判断机构运动输入——输出解耦性；根据串联机构的运动特性矩阵和方位特征方程的运算规则，构造串联机构；将串联机构与并联机构串接构成贴标混联机器人，确定机器人和摄像机的布置方式。该方法有效地综合出圆钢端面自动贴标混联机器人的构型，提高了圆钢端面自动贴标机器人的实用性。

Structure topology method of joint joint robot for end labelling of circular steel

Round end labeling hybrid robot topology method, which comprises the following steps: according to the round end labeling process, output motion characteristic matrix to determine the labeling and hybrid mechanism on output characteristics of matrix parallel mechanism; branch structure type structure of parallel mechanism, and determine the branch combination scheme; determine the geometric condition of branch in two platform assembly according to the formula of degree of freedom parallel mechanism, degree of freedom test; Determination of negative motion, determine the active pair; judge BKC and calculate the coupling degree, determine the type of activity, determine the motion input output decoupling; according to the motion characteristics of matrix and position characteristic equation of the serial mechanism of operation rules of construction of serial mechanism; the serial mechanism which are connected in series and parallel mechanism labeling hybrid robot, determine the layout of robot and camera. This method can effectively synthesize the configuration of the automatic labeling hybrid robot with circular steel end face, and improve the practicability of the automatic labeling robot for the end face of the round steel.

【技术实现步骤摘要】
圆钢端面贴标混联机器人结构拓扑方法
本专利技术涉及一种应用于圆钢端面自动贴标混联机器人的结构拓扑方法，属于冶金行业自动贴标

技术介绍
目前，钢铁厂中完成圆钢端面贴标的工作主要是依靠人工，在部分钢铁企业中正在逐步采用自动贴标系统，实现了利用机器人对圆钢端面进行自动贴标。例如：中国专利号CN2016202585353、CN201610193686X中，提出了一种应用于成捆圆钢端面贴标的机器人自动贴标系统。系统中贴标机器人采用串联机器人存在速度慢、机构末端累积误差大的缺点，而商用的并联机器人又无法实现贴标工作时的俯仰运动且其工作空间相对较小。采用混联机构作为贴标机构是解决上述问题的有效方法，以并联机构作为贴标机构主体可实现高速高精度贴标运动，以串联机构联接末端执行器可实现贴标工作的俯仰运动且弥补了并联机构工作空间不足的缺点。
技术实现思路
基于以上原因，本专利技术提出了一种圆钢端面贴标混联机器人结构拓扑方法。本专利技术圆钢端面贴标混联机器人结构拓扑方法，包含如下步骤：第1步，通过分析圆钢端面贴标工艺，确定贴标混联机构的运动输出特性矩阵，并联部分的运动输出特性矩阵，串联部分的运动输出特性矩阵，其中，式中，为混联机构末端的独立平移输出，为独立平移输出数；为混联机构末端的独立转动输出，为独立转动输出数；为串联部分末端构件的独立平移输出，为独立平移输出数；为串联部分末端构件的独立转动输出，为独立转动输出数；为并联部分动平台的独立平移输出，为独立平移输出数；为并联部分动平台的独立转动输出，为独立转动输出数。第2步，根据并联机构运动输出特性矩阵MPa构造并联机构支路结构类型，其支路运动输出特性矩阵M1应满足下式根据串联机构方位特征方程式中，MS——末端构件的POC；——第i个运动副的POC集；——第j个子SOC的POC集（当机构由若干个子SOC串联而成）。以及串联机构方位特征方程的运算规则（1）转动元素之间的‘并’运算规则(a)式中，——末端构件在平行于Ri副轴线方向存在一维转动；——末端构件在平行于Ri副和Ri+1副轴线的平面内存在两维转动。(b)式中，r3——末端构件存在三维转动。(c)(d)（2）移动元素之间的‘并’运算规则(a)式中，Pi——P副的移动或R副的伴随移动；——末端构件在平行于Pi方向存在一个有限移动；——末端构件在平行于Pi和Pi+1的平面内存在两维有限移动。(b)式中，t3——末端构件存在三位移动(c)(d)，k=0,1,2,3（3）POC集独立元素的选取原则POC集的独立元素数不大于机构DOF；任意两个独立元素不能是同一个R副的POC集元素。构造支路结构类型，并确定支路组合方案，根据贴标工作实用性确定候选组合方案；第3步，由期望得到的并联机构的POC集确定自由度，由串联机构的POC集法求出支路的POC集，根据并联机构方位特征方程确定支路在两平台之间装配的几何条件，根据并联机构自由度公式检验自由度；式中，F——机构DOF；fi——第i个运动副的自由度；m——运动副数；v——独立回路数（v=m-n+1，n——构件数）；——第j个独立回路的独立位移方程数；——第i条支路末端构件的POC集；——前j条支路组成的子并联机构动平台的POC集；——第（j+1）条支路末端构件的POC集；——前j条支路组成的子并联机构的等效SOC和第（j+1）条支路构成的第j个独立回路的独立位移方程数，由串联机构POC方程确定。第4步，根据消极运动副判定准则：对F>0的并联机构，若将某运动副刚化，得到的原机构的转化机构，若两者活动度相等，则该运动副为消极运动副；否则，该运动副存在相对运动，判定消极运动副。根据主动副判定准则：对活动度为F的机构，选定F个运动副并刚化之。若刚化后机构的活动度为0，则选定的F个运动副可同时为主动副，否则，不能同时为主动副，判定主动副；第5步，进行并联机构的特征分析。（1）根据基本运动链（BKC）判定准则进行BKC判定。将机构依次分解为ν个SOCi及其约束度Δi自Δ1开始，对Δ1，Δ2…，Δv次划分为若干部分，且每一部分划分为最小划分，则每一划分相当于一个BKC。并根据耦合度公式计算机构耦合度。（2）根据活动度判定准则判定活动度类型。当F个主动副位于同一个基本运动链的支路中，机构具有完全活动度；当F个主动副位于不同BKC的支路中，机构具有部分活动度；当F个主动副位于不同BKC的支路中，且机架分割可使各子运动链独立，机构具有可分离活动度。（3）根据拓扑结构的解耦原理判断运动输入-输出解耦性；第6步，根据串联部分的运动输出特性矩阵以及串联机构方位特征方程的运算规则进行串联部分型综合；第7步，根据串并联机构的运动特性以及实际贴标工况确定混联机器人在贴标系统中的布置方式，并以此确定摄像机的布置方案。本专利技术的有益效果：本专利技术针对圆钢端面自动贴标混联机器人进行了结构拓扑，根据实际贴标工作进行自由度分配。采用基于方位特征集法进行结构拓扑，分别综合出混联机器人并联部分的构型及串联部分的构型进而综合出适用于圆钢端面贴标系统的混联机器人。根据混联机构的运动特性确定其在贴标工作中的位置布局。该方法有效地综合出圆钢端面自动贴标混联机器人的结构构型，优化了圆钢端面自动贴标混联机构的贴标适应度，提高了圆钢端面自动贴标机构的实用性。附图说明本专利技术圆钢端面贴标混联机器人结构拓扑方法的评价指标层次结构图。具体实施方式圆钢端面贴标混联机器人结构拓扑方法，包含如下步骤：第1步，通过分析圆钢端面贴标工艺，确定贴标混联机构的运动输出特性矩阵，并联部分的运动输出特性矩阵，串联部分的运动输出特性矩阵，其中，式中，为混联机构末端的独立平移输出，为独立平移输出数；为混联机构末端的独立转动输出，为独立转动输出数；为串联部分末端构件的独立平移输出，为独立平移输出数；为串联部分末端构件的独立转动输出，为独立转动输出数；为并联部分动平台的独立平移输出，为独立平移输出数；为并联部分动平台的独立转动输出，为独立转动输出数。第2步，根据并联机构运动输出特性矩阵MPa构造并联机构支路结构类型，其支路运动输出特性矩阵M1应满足下式根据串联机构方位特征方程式中，MS——末端构件的POC；——第i个运动副的POC集；——第j个子SOC的POC集（当机构由若干个子SOC串联而成）。以及串联机构方位特征方程的运算规则（1）转动元素之间的‘并’运算规则(a)式中，——末端构件在平行于Ri副轴线方向存在一维转动；——末端构件在平行于Ri副和Ri+1副轴线的平面内存在两维转动。(b)式中，r3——末端构件存在三维转动。(c)(d)（2）移动元素之间的‘并’运算规则(a)式中，Pi——P副的移动或R副的伴随移动；——末端构件在平行于Pi方向存在一个有限移动；——末端构件在平行于Pi和Pi+1的平面内存在两维有限移动。(b)式中，t3——末端构件存在三位移动(c)(d)，k=0,1,2,3（3）POC集独立元素的选取原则POC集的独立元素数不大于机构DOF；任意两个独立元素不能是同一个R副的POC集元素。构造支路结构类型，并确定支路组合方案，根据贴标工作实用性确定候选组合方案；第3步，由期望得到的并联机构的POC集确定自由度，由串联机构的POC集法求出支路的POC集，根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种针对圆钢端面自动贴标混联机器人进行拓扑结构分析的方法，其特征在于包含如下步骤：第1步，通过分析圆钢端面贴标工艺，确定贴标混联机构的运动输出特性矩阵，并根据串、并联机构的综合性能确定串、并联机构的运动输出特性矩阵；第2步，根据并联机构运动输出特性矩阵构造并联机构支路结构类型，并确定支路组合方案，根据贴标工作实用性确定候选组合方案；第3步，确定支路在两平台之间装配的几何条件，根据并联机构自由度公式检验自由度；第4步，根据消极运动副判定准则判定消极运动副，根据主动副判定准则判定主动副；第5步，基本运动链判定准则进行基本运动链判定，根据耦合度公式计算耦合度，根据活动度判定准则进行活动度判定，根据拓扑结构的解耦原理判断机构运动输入‑输出解耦性；第6步，根据串联部分的运动特性矩阵以及串联机构方位特征方程的运算规则，构造串联机构；第7步，将串联机构与并联机构串接构成贴标混联机器人，确定机器人和摄像机的布置方式。

【技术特征摘要】
1.一种针对圆钢端面自动贴标混联机器人进行拓扑结构分析的方法，其特征在于包含如下步骤：第1步，通过分析圆钢端面贴标工艺，确定贴标混联机构的运动输出特性矩阵，并根据串、并联机构的综合性能确定串、并联机构的运动输出特性矩阵；第2步，根据并联机构运动输出特性矩阵构造并联机构支路结构类型，并确定支路组合方案，根据贴标工作实用性确定候选组合方案；第3步，确定支路在两平台之间装配的几何条件，根据并联机构自由度公式检验...

【专利技术属性】
技术研发人员：张付祥，刘再，黄永建，黄风山，
申请(专利权)人：河北科技大学，
类型：发明
国别省市：河北,13