支持五连杆机器人协同设计的单领域设计变更处理方法技术

本发明专利技术公开了一种支持五连杆机器人协同设计的单领域设计变更处理方法，首先，确定当前设计变更的变更方案，并根据该变更方案形成候选设计方案；然后，针对每个领域，根据五连杆机器人的初始设计方案、候选设计方案判断是否存在待优化的设计目标函数：若存在，则对候选设计方案进行优化得到最优设计方案；否则，直接结束当前设计变更处理，或以所述的候选设计方案作为最优设计方案，得到最优设方案后利用最优设计方案对五连杆机器人进行相应的设计变更。本发明专利技术能够使系统总体设计质量最优，且协同考虑不同领域的变更差量，从而避免多域设计冲突，有效避免五连杆机器人协同设计中的设计冲突问题，减少了设计反复，提高了设计效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机械设计领域，尤其涉及一种支持五连杆机器人协同设计的单领域设计变更处理方法。
技术介绍
在五连杆机器人的协同设计过程中，某单一领域设计人员所提出的设计变更可能影响其他领域的设计目标，从而容易引起设计冲突，带来设计的反复迭代。为此，基于设计人员的原始设计方案，找出相对优化的替代方案，对避免设计冲突，提高设计效率起着重要作用。通常设计人员均由局部目标出发，基于特定领域的知识结构，提出机械或控制域的设计变更。由于缺乏其他领域的背景知识，也没有参与其他领域的设计活动，因此无法预见该原始设计方案对其他领域设计目标的潜在影响，从而容易导致设计冲突的出现。在现有的设计冲突自动处理方法中，仅通过预定义的决策标准从已有的若干设计方案中选择某特定方案，无法生成更优的设计方案。而其他的设计冲突非自动处理方法中，往往通过增加多域设计人员之间的信息共享来降低设计冲突的可能性，或由设计人员直接从现有若干方案中选取特定方案。若要产生新的设计方案，则需要设计人员相互沟通，人工生成新的设计方案。因此，现有的设计冲突处理方法均不能自动生成更优的设计方案。对五连杆机器人的协同设计而言，由于需要机械和控制两个领域的设计人员的共同参与。在设计过程中，设计冲突几乎无法避免。因此，必须提出有效的设计变更自动处理方法，降低设计冲突出现的概率，同时降低设计人员的负担。同时，得到的最优设计方案需尽可能提高五连杆机器人<br>的总体设计质量。目前的设计变更处理方法仅从现有设计变更中进行选择，无法获得更优的设计方案，不能解决设计冲突。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种支持五连杆机器人协同设计的单领域设计变更处理方法。一种支持五连杆机器人协同设计的单领域设计变更处理方法，包括如下步骤：(1)确定当前设计变更时五连杆机器人需要进行设计变更的变更方案，并根据所述的变更方案形成候选设计方案；(2)针对每个领域，根据五连杆机器人的初始设计方案、候选设计方案以及该领域的设计目标函数计算相应领域的变更差量；(3)根据变更差量判断是否存在待优化的设计目标函数，并根据判断结果进行如下操作：(a)若存在，则对候选设计方案进行优化得到最优设计方案，利用最优设计方案对五连杆机器人进行相应的设计变更；(b)否则，直接结束当前设计变更处理，或以所述的候选设计方案作为最优设计方案，并利用最优设计方案对五连杆机器人进行相应的设计变更。本专利技术中所指的结束当前设计变更处理认为是停止当前设计变更。本专利技术所述的领域指设计领域，如机械领域、控制领域等。对五连杆机器人进行设计变更时，可以对单个领域进行，也可以同时对若干个领域进行。每个领域的设计变更方案由相应领域的设计人员提供。本专利技术的方法只适用于协同设计中的单一领域提出的设计变更的处理，即对应的变更方案中参与设计变更的设计变量为同一领域的设计变量(由单一领域的设计人员提出，而没有来自其他领域的设计变更)。本专利技术的支持五连杆机器人多域协同设计的单领域设计变更处理方法，针对单一领域设计人员提出的变更方案处理如下：由五连杆机器人系统优化模型计算系统优化目标值，并构造新的系统优化模型，求解该模型获得最优值形成相应的最优设计方案对初始设计方案进行设计变更。该单领域设计变更处理方法能有效降低设计冲突，同时还大大提高了系统总体设计质量。设计变更方案包含设计人员给出的欲改变的设计变量集合(即包含参与设计变更的设计变量的集合)，同时应该给出设计变量变更后的取值。根据变更方案形成候选设计方案时，对于设计变量集合内的设计变量直接取给出的值，对于设计变量集合以外的设计变量，取初始设计方案中相应的取值。本专利技术中当存在待优化的设计目标函数时，认为候选设计方案不是最优的，因此通过对待优化的设计目标函数构进行优化，进而实现对变更方案对应的设计方案的优化，保证按照变更方案进行设计变更后能够提高系统质量。本专利技术实质上是一种五连杆机器人的辅助设计方法，提出以五连杆系统优化模型为依据，以机械和控制子系统最优设计目标为导向，构造新的系统优化模型(即设计方案)，并求得满足系统最优解。通过精确计算可避免人工调节设计变量，提高设计效率，从而在高效设计的情况下制造五连杆机器人。所述的设计方案包括五连杆机器人所有设计变量的取值；所述的变更方案包含参与设计变更的设计变量以及相应的取值。相应的，所述的初始设计方案包括初始时刻五连杆机器人所有设计变量的取值；候选设计方案和最优设计方案也应该包括变更后五连杆机器人所有设计变量的取值。作为优选，所述的初始设计方案和最优设计方案可采用向量形式表示，每一维代表一个设计变量的取值。所述步骤(2)通过如下步骤计算不同领域的变更差量：(2-1)将初始设计方案中各个设计变量的取值代入每个设计目标函数得到相应领域的设计目标初值，将候选设计方案中各个设计变量的取值代入每个领域的设计目标函数计算得到相应领域的设计目标终值；(2-2)将相应领域的设计目标终值减去设计目标初值，得到相应领域的变更差量。每个领域对应有独立的设计目标函数，领域个数取决于设计变更的对象。本专利技术中设计变更的对象为五连杆机器人，其设计目标函数主要包括机械操控性设计目标函数以及轨迹运动误差设计目标函数系统设计目标包括机械操控性和轨迹运动误差越小，系统操控性越好。越小，则系统控制精度越高。所述机械操控性设计目标函数计算公式如下：所述轨迹运动误差设计目标函数其中，J=-a1(sin(q2+q4))sinq3sin(q1-q2+q3-q4)a2(sin(q1+q3))sinq4sin(q1-q2+q3-q4)a1(cos(q2+q4))sinq3sin(q1-q2+q3-q4)-a2(cos(q1+q3))sinq4sin(q1-q2+q3-q4)]]>e=[e1,e2]T=[x‾1-x1,x‾2-x2]T]]>x=[a1,a2,q·1,q·2]T=[x1,x2,x3,x4]T]]>x‾=[x‾1,x‾2,x‾3,x‾4]T]]>t0为起始时间，ai表示杆i的长度，从相应的设计方案中获取，qi分别为五连杆机器人杆i所对应的运动角度，通过角度传感器直接测量得到，是q1对时间的导数，为q2对时间的导数，为qi的期望值。作为优选本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种支持五连杆机器人协同设计的单领域设计变更处理方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)确定当前设计变更的变更方案，并根据所述的变更方案形成候选设计方案；(2)针对每个领域，根据五连杆机器人的初始设计方案、候选设计方案以及该领域的设计目标函数计算相应领域的变更差量；(3)根据变更差量判断是否存在待优化的设计目标函数，并根据判断结果进行如下操作：(a)若存在，则对候选设计方案进行优化得到最优设计方案，利用最优设计方案对五连杆机器人进行相应的设计变更；(b)若不存在，则以所述的候选设计方案作为最优设计方案，并利用最优设计方案对五连杆机器人进行相应的设计变更，或直接结束当前设计变更处理。

【技术特征摘要】
1.一种支持五连杆机器人协同设计的单领域设计变更处理方法，其特
征在于，包括如下步骤：
(1)确定当前设计变更的变更方案，并根据所述的变更方案形成候
选设计方案；
(2)针对每个领域，根据五连杆机器人的初始设计方案、候选设计
方案以及该领域的设计目标函数计算相应领域的变更差量；
(3)根据变更差量判断是否存在待优化的设计目标函数，并根据判
断结果进行如下操作：
(a)若存在，则对候选设计方案进行优化得到最优设计方案，利用
最优设计方案对五连杆机器人进行相应的设计变更；
(b)若不存在，则以所述的候选设计方案作为最优设计方案，并利
用最优设计方案对五连杆机器人进行相应的设计变更，或直接结束当前设
计变更处理。
2.如权要求1所述的支持五连杆机器人协同设计的单领域设计变更处
理方法，其特征在于，所述的设计方案包括五连杆机器人所有设计变量的
取值；
所述的变更方案包含参与设计变更的设计变量以及相应的取值。
3.如权要求1所述的支持五连杆机器人协同设计的单领域设计变更处
理方法，所述步骤(2)通过如下步骤计算不同领域的变更差量：
(2-1)将初始设计方案中各个设计变量的取值代入每个设计目标函
数得到相应领域的设计目标初值，将候选设计方案中各个设计变量的取值
代入每个领域的设计目标函数计算得到相应领域的设计目标终值；
(2-2)将相应领域的设计目标终值减去设计目标初值，得到相应领
域的变更差量。
4.如权要求1～3中任意一项所述的支持五连杆机器人协同设计的单领
域设计变更处理方...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘玉生，樊红日，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33