【技术实现步骤摘要】
一种工业机器人尺度优化设计框架及实施方法
[0001]本专利技术涉及工业机器人
，尤其涉及一种工业机器人尺度优化设计框架及实施方法。
技术介绍
[0002]由于工业机器人的运动学与动力学性能彼此冲突且随位形变化，导致其尺度参数优化问题较为复杂。一要解决不同性能指标间的彼此耦合或冲突问题，二要解决工业机器人全域性能分析(特别是弹性动力学性能分析)中计算量大的问题。
[0003]传统方法是通过建立机器人运动学与动力学解析或半解析理论模型，并将多种性能指标加权归一为单目标优化问题。这种方法的局限性在于：一是理论模型的建立需要设计者事先掌握较为深奥的数学与力学建模知识，对于企业工程设计人员难度较大，且不便捷；二是单目标优化问题难以反映工业机器人运动学、刚体动力学与弹性动力学等诸多性能间的耦合或冲突，且权值确定具有主观性。
[0004]若使用CAD与CAE等计算机辅助技术，由于商用软件仅提供了特定领域或特定任务的数字样机建模和仿真功能，各设计环节间模型的映射与联系存在障碍，也难以有效支持工业机器人的尺度优化设计问...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种工业机器人尺度优化设计框架，包括建模模块(1)、性能分析模块(2)与参数优化模块(3)；所述建模模块(1)包含拓扑结构概念模型(4)、机械结构方案模型(5)以及有限元参数化模型(6)，用于不同尺度与位形条件下机器人运动学、刚体动力学与弹性动力学性能的仿真预估；所述性能分析模块(2)用于分析机器人的全域运动学与动力学性能，并构造可替代全域性能分析的局部性能指标，进而揭示运动学与动力学性能随尺度参数的变化规律；所述参数优化设计模块(3)用于基于多目标优化算法优化机器人的尺度参数，解决不同性能间的耦合与竞争问题。2.根据权利要求书1所述的一种工业机器人尺度优化设计框架，其特征在于，所述拓扑结构概念模型(4)由CAD系统中的实体模型与一系列骨架要素组成；所述骨架要素为一系列基准点、基准轴与基准面，用于描述机器人机构的尺度特征(41)、接口特征(42)、运动副轴线方位特征(43)以及坐标系特征(44)；所述尺度特征(41)用于描述机器人的基本尺度信息，所述接口特征(42)用于描述机器人各部件实体模型间的装配约束，所述运动副轴线方位特征(43)用于描述机器人中各单自由度运动副的轴线方位，所述坐标系特征(44)用于描述机器人中各部件相对于参考坐标系的位姿信息。3.根据权利要求书1所述的一种工业机器人尺度优化设计框架，其特征在于，所述机械结构方案模型(5)与有限元参数化模型(6)通过CAD
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CAE集成技术实现两者在尺度信息、位姿信息与有限元分析信息间的自动传输，其支撑数据库为有限元参数化命令流模板文件库(61)。4.根据权利要求书1所述的一种工业机器人尺度优化设计框架，其特征在于，所述性能分析模块(2)包括性能全域分析子模块(21)、特征位形优选子模块(22)与性能随尺度变化规律分析子模块(23)，其支撑数据库为运动学性能分析算法库(24)与多特征聚类分析算法库(25)；所述性能全域分析子模块(21)，用于借助CAD技术与CAD
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CAE集成技术分析机器人的运动/力传递性能与弹性动力学性能的全域分布规律；所述特征位形优选子模块(22)，用于借助多特征硬聚类算法确定可代表领域内众多参考位形性能的若干特征位形，进而构造出局部性能指标；所述性能随尺度变化规律分析子模块(23)，用于分析机器人局部性能指标随尺度参数的变化规律，进而确定出对性能起主导作用的主设计参数以及各项性能的相关关系与竞争关系。5.根据权利要求书1所述的一种工业机器人尺度优化设计框架，其特征在于，所述参数优化设计模块(3)包括实验设计子模块(31)、响应面拟合子模块(32)与参数优化子模块(33)，其支撑数据库为优化算法模型库(34)；所述实验设计子模块(31)，用于采用最优超拉丁算法确定构造响应面模型的最少分析样本；所述响应面拟合子模块(32)，用于拟合主设计参数与各项性能间的二阶响应面模型；所述参数优化子模块(33)，用于借助优化算法模型库(34)中的优化算法确定满足工程
约束下的Pareto最优非劣解，进而以Pareto解与理想性能间残差最小为原则，遴选出最优设计方案。6.一种工业机器人尺度优化设计实施方法，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：马跃，郑峰，李彬，黎启浩，刘祺，杨磊，付强，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：
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