一种面向工业机器人的能量流建模方法技术

本发明专利技术公开一种面向工业机器人的能量流建模方法，包括以下步骤：首先引入能量流元作为工业机器人能量流建模分析的基本单元；随后建立面向工业机器人的能量流元数学模型；接着分析工业机器人的组成零部件，建立针对工业机器人的设计结构矩阵，进行基于设计结构矩阵的能量流元划分；并在在已建好的设计结构矩阵的基础上，进行基于模糊图论的能量流元划分；随后通过对能量流元间接口关系进行描述和表达；最后对能量流元的能量变化进行计算。

An Energy Flow Modeling Method for Industrial Robots

The invention discloses an energy flow modeling method for industrial robots, which includes the following steps: firstly, the energy flow element is introduced as the basic unit of energy flow modeling and analysis for industrial robots; secondly, the energy flow element mathematical model for industrial robots is established; secondly, the components of industrial robots are analyzed, and the design structure matrix for industrial robots is established, based on which the energy flow element model for industrial robots is established. The energy flow element partition of the design structure matrix is carried out; the energy flow element partition based on the fuzzy graph theory is carried out on the basis of the designed structure matrix; then the interface relationship between the energy flow elements is described and expressed; finally, the energy change of the energy flow element is calculated.

【技术实现步骤摘要】
一种面向工业机器人的能量流建模方法
本专利技术涉及一种面向工业机器人的能量流建模方法，属于工业机器人

技术介绍
随着科学技术水平的进步与发展，工业机器人已经被广泛的应用于汽车制造、机械加工、电气电子等诸多工业生产领域，是衡量一个国家科技制造水平的重要标志之。但是，目前国内外学者对工业机器人关于能量的研究还有待深入，特别是关于能量建模这一方向。工业机器人的很多性能实现是和能量有关的，能量流的合理分布与消耗不仅是工业机器人性能保证的基础，更是工业机器人节能降耗设计所关心的目标。工业机器人的性能设计和节能降耗设计之间的交集是能量流，在能量消耗不增加的情况下，实现性能的提升或在保证性能实现的条件下，实现能量消耗降低都是节能降耗设计理念的体现。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种面向工业机器人的能量流建模方法，在考虑其性能充分保证以及成本合理的前提下，进行能量流分析建模，实现工业机器人的节能降耗设计。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种面向工业机器人的能量流建模方法，包括以下步骤：步骤1：引入能量流元作为工业机器人能量流建模分析的基本单元；步骤2：建立面向工业机器人的能量流元数学模型；步骤3：分析工业机器人的组成零部件，建立针对工业机器人的设计结构矩阵；步骤4：在步骤3建好的设计结构矩阵的基础上，进行基于模糊图论的能量流元划分；步骤5：根据步骤4中的能量流元划分对能量流元间接口关系T进行描述和表达，并通过步骤2的能量流元数学模型对能量流元的能量变化ΔE进行计算。优选地，所述步骤2中面向工业机器人的能量流元数学模型的具体表达式为：EFE＝(D，T，ΔE)(1)；式(1)中，D＝(D1，D2，D3，...，Dn)，表示能量流元中所包含的零部件集合，每一个能量流元由一个或多个零部件组成，其中，Dn表示第n个零部件的形状、尺寸、重量的基本设计信息；T表示能量流元间的接口关系，包括接触相邻、传递转换和空间相隔；ΔE＝Ie-Oe，表示能量流元在性能实现过程中某个时间节点下的能量变化状态，其中，Ie表示该时间节点下输入能量状态，Oe表示该时间节点下输出能量状态。优选地，所述步骤3中的设计结构矩阵具体计算公式如下：ro＝ωcrc+ωgRg+ωere(2)；式(2)中，ro是设计结构矩阵中非对角线元素值，ro＝(r1,r2,…rM)；ωc，ωg，ωe分别表示联接相关性、形位相关性和能量相关性的权重；rc，rg，re分别表示联接相关性、形位相关性和能量相关性的相关性数值。优选地，步骤4中应用模糊图论的最大模糊树图生成算法对步骤3计算得到的设计结构矩阵ro＝(r1,r2,…rM)进行模糊聚类运算，实现能量流元划分，具体实施步骤如下：4.1通过直线将关系值r1所关联的对象连接，然后在直线上写上关系值r1，同时确保连线中不出现交叉和回路，重复上述步骤，直到与r1，r2，...，rM关联的对象全部连接完毕，得到模糊最大生成树4.2依据步骤4.1中模糊最大生成树各连线上的关系值，选取不同阈值λ，截取模糊最大生成树中小于阈值λ的边，得到的Tλ为模糊最大生成树的λ截树，每个子树表示一个能量流元，得到相对于不同阈值λ的能量流元划分方案。优选地，所述步骤5中能量流元间的接口关系T的具体表达式为：T＝[(NOi，STi，Ai)]N(3)；式(3)中，NOi表示当前能量流元与第i个能量流元存在接口关系；STi表示当前能量流元与第i个能量流元之间的接口状态，当STi＝1时表示两个能量流元之间是接触式的能量传递，当STi＝0时表示两个能量流元之间是非接触式的能量传递；Ai表示当前能量流元对第i个能量流元的作用形式，当Ai＝1时表示施加能量作用，Ai＝-1时表示接受能量作用；式(3)中i＝1，2，3，…，N，N表示与当前能量流元存在接口关系的能量流元数量。优选地，步骤5中每一个所述能量流元的能量变化ΔE根据步骤2中的能量流元数学模型结合零部件集合D结构进行计算。有益效果：本专利技术提供一种面向工业机器人的能量流建模方法，引入能量流元作为能量流分析的基本对象，并对能量流元进行定义，通过能量流元划分、能量流元接口表达、能量变化ΔE实现能量流分析建模。本专利技术通过建立的能量流分析模型，依据工业机器人在性能实现的过程中各能量流元的能量变化ΔE，实现对工业机器人各零部件对能量或载荷的承受能力以及对各种性能影响方式的定性分析，为解决工业机器人性能实现和节能降耗设计冲突奠定了理论基础。附图说明图1是本专利技术的架构图；图2是本专利技术的某型号工业机器人各零部件模糊最大生成树图；图3是本专利技术的某型号工业机器人参与建模的个零部件名称及其编号；图4是本专利技术的某型号工业机器人各零部件联接关系矩阵；图5是本专利技术的某型号工业机器人各零部件形位关系矩阵；图6是本专利技术的某型号工业机器人各零部件能量关系矩阵；图7是本专利技术的某型号工业机器人各零部件综合设计结构矩阵；图8是本专利技术的某型号工业机器人的能量流元划分结果方案。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。一种面向工业机器人的能量流建模方法，如图1所示，包括以下步骤：步骤1：引入能量流元作为工业机器人能量流建模分析的基本单元；步骤2：建立面向工业机器人的能量流元数学模型；步骤3：分析工业机器人的组成零部件，建立针对工业机器人的设计结构矩阵；步骤4：在步骤3建好的设计结构矩阵的基础上，进行基于模糊图论的能量流元划分；步骤5：根据步骤4中的能量流元划分对能量流元间接口关系T进行描述和表达，并通过步骤2的能量流元数学模型对能量流元的能量变化ΔE进行计算。优选地，所述步骤2中面向工业机器人的能量流元数学模型的具体表达式为：EFE＝(D，T，ΔE)(1)；式(1)中，D＝(D1，D2，D3，...，Dn)，表示能量流元中所包含的零部件集合，每一个能量流元由一个或多个零部件组成，其中，Dn表示第n个零部件的形状、尺寸、重量的基本设计信息；T表示能量流元间的接口关系，包括接触相邻、传递转换和空间相隔；ΔE＝Ie-Oe，表示能量流元在性能实现过程中某个时间节点下的能量变化状态，其中，Ie表示该时间节点下输入能量状态，Oe表示该时间节点下输出能量状态。优选地，所述步骤3中的设计结构矩阵具体计算公式如下：ro＝ωcrc+ωgrg+ωere(2)；式(2)中，ro是设计结构矩阵中非对角线元素值，ro＝(r1,r2,…rM)；ωc，ωg，ωe分别表示联接相关性、形位相关性和能量相关性的权重；rc，rg，re分别表示联接相关性、形位相关性和能量相关性的相关性数值。优选地，步骤4中应用模糊图论的最大模糊树图生成算法对步骤3计算得到的设计结构矩阵ro＝(r1,r2,…rM)进行模糊聚类运算，实现能量流元划分，具体实施步骤如下：4.1通过直线将关系值r1所关联的对象连接，然后在直线上写上关系值r1，同时确保连线中不出现交叉和回路，重复上述步骤，直到与r1，r2，...，rM关联的对象全部本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向工业机器人的能量流建模方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：引入能量流元作为工业机器人能量流建模分析的基本单元；步骤2：建立面向工业机器人的能量流元数学模型；步骤3：分析工业机器人的组成零部件，建立针对工业机器人的设计结构矩阵；步骤4：在步骤3建好的设计结构矩阵的基础上，进行基于模糊图论的能量流元划分；步骤5：根据步骤4中的能量流元划分对能量流元间接口关系T进行描述和表达，并通过步骤2的能量流元数学模型对能量流元的能量变化ΔE进行计算。

【技术特征摘要】
1.一种面向工业机器人的能量流建模方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：引入能量流元作为工业机器人能量流建模分析的基本单元；步骤2：建立面向工业机器人的能量流元数学模型；步骤3：分析工业机器人的组成零部件，建立针对工业机器人的设计结构矩阵；步骤4：在步骤3建好的设计结构矩阵的基础上，进行基于模糊图论的能量流元划分；步骤5：根据步骤4中的能量流元划分对能量流元间接口关系T进行描述和表达，并通过步骤2的能量流元数学模型对能量流元的能量变化ΔE进行计算。2.根据权利要求1所述的一种面向工业机器人的能量流建模方法，其特征在于：所述步骤2中面向工业机器人的能量流元数学模型的具体表达式为：EFE＝(D，T，ΔE)(1)；式(1)中，D＝(D1，D2，D3，...，Dn)，表示能量流元中所包含的零部件集合，每一个能量流元由一个或多个零部件组成，其中，Dn表示第n个零部件的形状、尺寸、重量的基本设计信息；T表示能量流元间的接口关系，包括接触相邻、传递转换和空间相隔；ΔE＝Ie-Oe，表示能量流元在性能实现过程中某个时间节点下的能量变化状态，其中，Ie表示该时间节点下输入能量状态，Oe表示该时间节点下输出能量状态。3.根据权利要求1所述的一种面向工业机器人的能量流建模方法，其特征在于：所述步骤3中的设计结构矩阵具体计算公式如下：ro＝ωcrc+ωgrg+ωere(2)；式(2)中，ro是设计结构矩阵中非对角线元素值，ro＝(r1,r2,…rM)；ωc，ωg，ωe分别表示联接相关性、形位相关性和能量相关性的权重；rc，rg，re分别表示联接相关性、形位相关性和能量相关性的相关性数...

【专利技术属性】
技术研发人员：苑明海，王松，周灼，孙超，
申请(专利权)人：河海大学常州校区，
类型：发明
国别省市：江苏,32