一种基于刚度性能优化的移动机械臂站位规划方法技术

本发明专利技术属于移动机械臂技术领域，具体涉及一种基于刚度性能优化的移动机械臂站位规划方法；本发明专利技术根据建立的坐标系，建立整个系统的运动学模型，根据整个系统的运动学模型计算移动平台相对作业任务的理论可达站位空间，在根据机械臂的逆运动学方程对理论可达站位空间进行验证；然后根据整个系统的力学模型提出以机械臂末端沿Z轴方向的变形量为机械臂刚度评价指标，求出移动平台坐标系在墙体坐标系不同位姿下的机械臂末端沿Z轴方向的变形量，以移动平台坐标系在墙体坐标系位姿下的机械臂末端沿Z轴方向的最小变形量为最优站位；本发明专利技术的目的在于公开一种移动机械臂系在统执行多种实际作业场景中为提高整体作业精度，而提出的基于刚度性能优化的移动机械臂站位规划方法。方法。方法。

【技术实现步骤摘要】
一种基于刚度性能优化的移动机械臂站位规划方法


[0001]本专利技术属于移动机械臂
，具体涉及一种基于刚度性能优化的移动机械臂站位规划方法。

技术介绍

[0002]现如今，随着技术的发展，越来越多实际作业场景中将六自由度工业机器人的操作能力和移动平台的移动能力相结合，形成了一种冗余自由度移动机械臂系统；该系统实现了末端工作空间大、工作效率和灵活性高、系统低功耗和低成本的有机结合；在进行作业任务时，由于系统的冗余性，面对同一作业任务，存在多个移动平台相对于该作业任务的停靠点均能完成任务，当其运动到提前规划好的停靠点静止后，此时在该停靠点对应移动平台相对于墙体的位姿被称为站位；再由工业机器人完成该作业任务，如此循环交替工作，直至完成全部作业，但该系统同时也将面临如下问题：与固定基座机械臂相比，该系统为融合了六自由度工业机器人和移动平台的冗余自由度系统，附加了移动平台相对于任务的站位移动环节；现如今关于移动机械臂站位规划还是依靠人工根据现场情况进行移动平台的站位布置，难以规划至最优的站位，而产生了移动平台站位移动次数多、整体作业精度低和效率低等本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于刚度性能优化的移动机械臂站位规划方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)建立坐标系：确定移动平台坐标系、机械臂基坐标系、机械臂各连杆坐标系、法兰坐标系、打印单元坐标系和墙体坐标系；(2)根据步骤(1)建立的坐标系，建立整个系统的运动学模型，根据整个系统的运动学模型及实际作业任务确定移动平台相对实际作业任务的可达站位空间；(3)根据步骤(1)建立的坐标系，建立机械臂的力学模型：已知机械臂末端所期望的运动轨迹，计算连杆构型、连杆质量、末端载荷和各关节角速度的因素作用下的各关节驱动力矩；(4)根据步骤(3)建立的机械臂的力学模型，确定机械臂末端变形量作为机械臂刚度评价指标；(5)根据步骤(4)得到的机械臂刚度评价指标做为优化目标，以移动平台相对实际作业任务在可达站位空间内的站位做为设计变量，建立单次作业的优化函数，利用遗传算法进行合理的站位优化。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述机械臂为六连杆机械臂，包括第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆和第六连杆，根据改进的DH参数法分别确定机械臂各连杆坐标系。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，建立整个系统的运动学模型的步骤具体为：首先根据机械臂各连杆的坐标系和机械臂各连杆的结构尺寸确定机械臂运动学模型；然后根据移动平台的尺寸、机械臂安装在移动平台上的位置和作业任务确定整个系统的运动学模型，即式中：为移动平台坐标系相对于机械臂基坐标系的齐次变换矩阵；为打印工具坐标系相对于法兰坐标系的齐次变换矩阵；为打印工具坐标系相对墙体坐标系的齐次变换矩阵；为移动平台坐标系{M}相对墙体坐标系{W}的齐次变换矩阵；为法兰坐标相对于第六连杆坐标系的齐次变换矩阵；为第六连杆坐标系相对机械臂基坐标系的齐次变换矩阵；其中，第六连杆的坐标系相对机械臂基坐标系的齐次变换矩阵由整个系统的运动学模型求得，为根据机械臂运动学模型列出机械臂的逆运动学方程，根据机械臂的逆运动学方程校验移动平台相对实际作业任务在可达站位空间内规划的某一站位下，判断机械臂的末端位姿序列中是否各点均存在运动学逆解且满足各轴关节角度限制。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述根据整个系统的运动学模型及实际作业任务确定移动平台相对实际作业任务的可达站位空间的具体过程为：首先根据机械臂运动学模型绘制机械臂的可达工作空间云图；然后根据实际作业任务的尺寸、机械臂安装在移动平台上的位置和机械臂末端打印工具的尺寸确定移动平台相对作业任务
的可达站位空间；移动平台相对作业任务的可达站位空间转化为移动平台坐标系在墙体坐标系下的位姿：式中：x,y为移动平台坐标系的原点在墙体坐标系下的位置，θ为移动平台坐标系相对于墙体坐标系竖直方向Z轴的姿态旋转角度，r表示移动平台相对于作业任务的站位空间的最远距离。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述机械臂运动学模型列出机械臂的逆运动学方程的具体步骤为：首先根据机械臂运动学模型列出机械臂的正运动学方程，然后根据代数法进行机械臂逆运动学求解，得机械臂逆运动学方程：式中：θ1、θ2、θ3、θ4、θ5、θ6为各个关节的角度值，为第一连杆坐标系相对机械臂基坐标系的齐次变换矩阵，为第二连杆坐标系相对第一连杆坐标系的齐次变换矩阵，为第三连杆坐标系相对...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋韬，彭江涛，郭帅，李宪华，李恒宇，崔国华，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：