【技术实现步骤摘要】
一种工业机器人作业姿态优化方法
本专利技术属于工业机器人姿态优化
，具体涉及一种工业机器人作业姿态优化方法。
技术介绍
工业机器人受其串联结构固有特性的影响，较低的作业刚度和定位精度严重制约了其在高附加值产品的制造中的推广应用。其中，影响机器人刚度性能的因素主要有以下三方面：1)机器人本体的结构设计以及使用材料属性；2)驱动机构以及传动机构的刚度；3)机器人的作业姿态。机器人姿态优化技术因具有可行性高、任务适应性好、无需改变机器人结构和控制系统的优点，在工程应用中体现了极高的应用价值，成为机器人刚度强化与加工性能提升的研究热点。机器人作业姿态对切削加工质量存在直接的影响，现有技术中一般通过机器人冗余自由度实现机器人作业姿态优化，但是还存在以下不足：(1)将机器人运动轨迹中的定位分别进行最优作业性能指标的姿态优化，主要针对离散分布的少量点位开展应用试验，但是在实际生产中，比如航空航天零部件的制造过程中，其中的任一零件都有数量庞大的制孔作业需求，若在加工任务中对各目标加工位置对应的作业姿态一一优化，优化处理...
【技术保护点】
1.一种工业机器人作业姿态优化方法，其特征在于，包括以下步骤：/n建立工业机器人笛卡尔空间的刚度模型；/n根据作业任务类型评估工业机器人关节的定向刚度；/n根据作业任务类型确定机器人作业任务的特征点位，通过工业机器人作业系统刀具轴向的冗余自由度，以定向刚度性能最优为优化目标完成特征点位的姿态优化；/n获取所有特征点位最优刚度姿态，通过光顺处理完成其余目标点位或轨迹差补位置的姿态优化。/n
【技术特征摘要】
1.一种工业机器人作业姿态优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
建立工业机器人笛卡尔空间的刚度模型；
根据作业任务类型评估工业机器人关节的定向刚度；
根据作业任务类型确定机器人作业任务的特征点位，通过工业机器人作业系统刀具轴向的冗余自由度，以定向刚度性能最优为优化目标完成特征点位的姿态优化；
获取所有特征点位最优刚度姿态，通过光顺处理完成其余目标点位或轨迹差补位置的姿态优化。
2.根据权利要求1所述的工业机器人作业姿态优化方法，其特征在于，所述建立工业机器人笛卡尔空间的刚度模型具体包括以下步骤：
在离线编程软件规划一组工业机器人采样位姿，通过设计末端负载大小和连接方式，模拟工况环境；
通过激光跟踪仪完成工业机器人目标采样位姿分别在负载和空载状态下的测量，通过六维力传感器完成工业机器人不同位姿的末端负载荷的大小与方向；
通过转换公式建立机器人笛卡尔空间的刚度模型，所述转换公式为：
K＝J-TKθJ-1
其中K表示笛卡尔空间刚度矩阵，J表示当前姿态对应的雅克比矩阵，Kθ表示关节刚度矩阵。
3.根据权利要求1所述的工业机器人作业姿态优化方法，其特征在于，所述根据作业任务类型评估工业机器人关节的定向刚度具体包括以下步骤：
利用机器人静刚度模型辨识机器人关节刚度，其计算公式表达为：
F＝KD＝J(θ)-TKθJ(θ)-1D
其中，F和D分别为机器人末端法兰盘受到的广义载荷矩阵和末端变形矩阵，K与Kθ分别为笛卡尔空间刚度矩阵与机器人关节刚度矩阵，J为机器人雅可比矩阵；
以矩阵元素的不同量纲为标准，将6×6笛卡尔刚度矩阵K划分为四个3×3矩阵，即：
因此，将F＝KD转换为：
其中，Kfd为力-位移刚度矩阵，Kfδ为力-旋转刚度矩阵，Kmd为力矩-位移刚度矩阵，Kmδ为力矩-旋转刚度矩阵，Kfd、Kfδ、Kmd、Kmδ都为3×3的矩阵；
得到力矢量f与线位移d之间的映射关系公式：f＝Kfdd；
基于单位力引起的最大变形量与最小变形量的大小与方向，得到一个随机器人位姿变化的椭球的描述公式：||f||2＝fTf＝dTKfdTKfdd＝1，椭球的三个主轴方向分别是矩阵KfdTKfd的三个特征向量的方向，椭球的三个半轴长分别为矩阵KfdTKfd的三个奇异值λ1,λ2和λ3，且λ1>λ2>λ3；
将工具坐标系的原点作为椭球球心，在椭球内以球心为起点，分别以工具坐标系三个坐标轴与椭球的三个交点为终点，获得三个向量，垂直产品切削平面的向量记为λd，在法兰盘坐标系中表示为(ex,ey,ez)；平行于第一刀具径向的向量记为λt1，平行于第二刀具径向的向量记为λt2；计算λd、λt1、λt2的长度，即向量的范数，并将作为机器人在三个方向的定向刚度系数。
4.根据权利要求1所述的工业机器人作业姿态优化方法，其特征在于，所述机器人作业任务的特征点位在点位作业任务中...
【专利技术属性】
技术研发人员：田威，焦嘉琛，廖文和，李波，张霖，胡俊山，李宇飞，蒲玉潇，王品章，崔光裕，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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