【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及机器人运动分析技术，具体涉及一种刚柔耦合关节运动能力分析方法。
技术介绍
1、机器人通过关节进行运动。旋转、平移是常用的关节类型，都属于刚性关节，刚性关节具有极高的可控性，可满足不同程度的负载要求。为了让机器人运动更柔顺，提高对环境的适应能力，利用柔性材料制作的柔性关节得到了广泛的研究与应用，可实现例如弯曲、伸缩等运动。无论是刚性关节，还是柔性关节，各有都有较明显的优缺点。因此将刚性关节和柔性关节相结合所设计的刚柔耦合关节，可充分利用柔性材料的柔性性和刚性结构的可控性与负载能力，进一步提高了机器人的运动能力。
2、然而，刚柔耦合关节的设计引入了新的问题。在实际控制过程中，二者一方为主动控制，另一方为被动控制。若设计参数选择不当，关节可能会发生严重的碰撞和干涉问题，严重制约了关节的运动能力。在设计刚柔耦合关节时对其运动能力进行分析是至关重要的。然而不同于刚性结构运动模型的确定性，柔性材料形变过程建模非常困难，导致对刚柔耦合关节运动能力的分析是一项巨大的挑战。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种刚柔耦合关节运动能力分析方法，以解决在刚柔耦合关节设计时，无法有效、方便、简单分析不同设计参数所具备的运动能力，避免在关节设计加工后，实际运动能力无法满足任务要求的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：
3、一种刚柔耦合关节运动能力分析方法，包括：
4、在期望形变范围内，批量生成所输入
5、生成所输入的刚柔耦合关节的设计参数所对应的刚性结构运动学模型；
6、将批量生成的柔性材料形变模型与刚性结构运动学模型，按照刚柔耦合关节的设计参数依次组合形成完整的刚柔耦合关节模型；
7、在物理引擎中控制刚柔耦合关节模型的运动点进行插补运动，模拟柔性材料的形变过程，得到设计参数下刚柔耦合关节所具备的运动能力。
8、进一步地，所述在期望形变范围内，批量生成所输入的刚柔耦合关节的设计参数所对应的柔性材料形变模型包括：
9、批量生成在期望形变范围内柔性材料设计参数的不同形变姿态模型；所述形变姿态模型由p＝g(t,b)表示，其中t表示柔性材料的伸缩形变量，b表示柔性材料的弯曲形变量，p表示最终的形变姿态。
10、进一步地，对于不同的柔性材料，g的生成方式不同；当柔性材料的期望形变是伸缩时，用弹簧胡克定律表示g；当柔性材料期望的形变是弯曲时，定曲率圆弧表示g；当既有伸缩，又有弯曲时，将胡克定律和定曲率圆弧相结合来表示g。
11、进一步地，所述形变姿态模型的生成方式采用等距采样或随机采样的方式。
12、进一步地，所述柔性材料形变模型是指指仿真物理引擎能够导入并进行碰撞检测的模型。
13、进一步地，将批量生成的柔性材料形变模型与刚性结构运动学模型，按照刚柔耦合关节的设计参数依次组合形成完整的刚柔耦合关节模型，包括：
14、用model＝m(soft,rigidy,q)表示生成刚柔耦合关节模型的过程；其中，soft表示柔性材料的形变模型，rigidy表示刚性结构的运动学模型，q表示柔性材料和刚性模型的安装设计参数；生成的刚柔耦合关节模型的初始状态：柔性材料处于对应形变模型的固定姿态，刚性结构处于刚柔耦合关节初始时后的位置，此时柔性材料与刚性结构未连接，真实物理世界的状态是已经连接，并都处于初始位置；
15、在刚柔耦合关节模型上设置一个固定的基点b，在实际的初始位置下柔性材料和刚性结构的连接处某一位置设置一个运动点g，通过控制g点的位置，带动刚性结构进行运动。
16、进一步地，所述在物理引擎中控制刚柔耦合关节模型的运动点进行插补运动，模拟柔性材料的形变过程，得到设计参数下刚柔耦合关节所具备的运动能力，包括：
17、通过对运动路径进行插补，控制刚柔耦合关节模型的运动点从初始位置和姿态运动到刚柔耦合关节模型中柔性材料的形变位置和姿态，模拟柔性材料的形变过程；该控制运动点的过程中，刚性结构会被动的进行运动，柔性材料保持固定位置和姿态不变；
18、通过验证被控制的运动点是否到达刚柔耦合关节模型柔性材料的形变位置和姿态，同时刚性结构未与柔性材料形变模型发生碰撞干涉，得到柔性材料处于该形变值时关节的运动能力结果；若未到达目标位置和姿态或发生碰撞，则该形变值无法满足要求；若到达了目标位置且无碰撞发生，该形变值满足运动要求
19、本专利技术与现有技术相比，其有益效果在于：
20、本专利技术提出一种刚柔耦合关节运动能力分析方法，解决主动控制柔性材料形变，被动驱动刚性结构运动的控制模型下，由于柔性材料形变建模困难所带来的运动能力分析困难的问题。本专利技术批量期望形变范围内生成柔性材料的形变模型，利用物理引擎模拟柔性材料形变的运动过程，判断某一设计参数下，关节是否具备对应的运动能力。本专利技术有效实现了在刚柔耦合关节设计之初，针对不同设计参数，量化分析关节的运动过程，替换了先加工后分析的设计模式，提高了刚柔耦合关节的设计质量和效率。
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1.一种刚柔耦合关节运动能力分析方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的刚柔耦合关节运动能力分析方法，其特征在于，所述在期望形变范围内，批量生成所输入的刚柔耦合关节的设计参数所对应的柔性材料形变模型包括：
3.如权利要求2所述的刚柔耦合关节运动能力分析方法，其特征在于，对于不同的柔性材料，G的生成方式不同；当柔性材料的期望形变是伸缩时，用弹簧胡克定律表示G；当柔性材料期望的形变是弯曲时，定曲率圆弧表示G；当既有伸缩，又有弯曲时，将胡克定律和定曲率圆弧相结合来表示G。
4.如权利要求1-3任一所述的刚柔耦合关节运动能力分析方法，其特征在于，所述形变姿态模型的生成方式采用等距采样或随机采样的方式。
5.如权利要求4所述的刚柔耦合关节运动能力分析方法，其特征在于，所述柔性材料形变模型是指指仿真物理引擎能够导入并进行碰撞检测的模型。
6.如权利要求1所述的刚柔耦合关节运动能力分析方法，其特征在于，所述将批量生成的柔性材料形变模型与刚性结构运动学模型，按照刚柔耦合关节的设计参数依次组合形成完整的刚柔耦合关节模型，包括：p>
7.如权利要求1所述的刚柔耦合关节运动能力分析方法，其特征在于，所述在物理引擎中控制刚柔耦合关节模型的运动点进行插补运动，模拟柔性材料的形变过程，得到设计参数下刚柔耦合关节所具备的运动能力，包括：
8.如权利要求1所述的刚柔耦合关节运动能力分析方法，其特征在于，所述运动能力包括关节的形变能力以及运动空间。
...【技术特征摘要】
1.一种刚柔耦合关节运动能力分析方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的刚柔耦合关节运动能力分析方法，其特征在于，所述在期望形变范围内，批量生成所输入的刚柔耦合关节的设计参数所对应的柔性材料形变模型包括：
3.如权利要求2所述的刚柔耦合关节运动能力分析方法，其特征在于，对于不同的柔性材料，g的生成方式不同；当柔性材料的期望形变是伸缩时，用弹簧胡克定律表示g；当柔性材料期望的形变是弯曲时，定曲率圆弧表示g；当既有伸缩，又有弯曲时，将胡克定律和定曲率圆弧相结合来表示g。
4.如权利要求1-3任一所述的刚柔耦合关节运动能力分析方法，其特征在于，所述形变姿态模型的生成方式采用等距采样或随机采样的方式。
5....
【专利技术属性】
技术研发人员：高杨，仵沛宸，陈小平，帅威，崔国伟，
申请(专利权)人：广东省科学院智能制造研究所，
类型：发明
国别省市：
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