圆钢端面贴标五自由度混联机器人尺度综合方法技术

圆钢端面贴标五自由度混联机器人尺度综合方法，包含如下步骤：根据机构构型确定优化参数并建立优化向量；将混联机器人整体视做串联机构，采用微分变化法求解雅可比矩阵，并联机构视为一个串联关节，采用微分变换法求解其雅可比矩阵，并将其带入到混联机构雅可比矩阵的相应列，建立混联机构雅可比矩阵；建立混联机构全域运动学性能指标；建立混联机构全域刚度性能指标；建立机构全域传动性能指标；以运动学、刚度及传动性能指标作为优化目标函数，并利用蒙特卡洛法将目标函数中的机构位置参数统一；采用pareto前沿法，利用带精英保留策略的非支配排序遗传算法寻找目标函数最优值，得到最佳尺寸，有效解决了混联机构尺度综合问题。

【技术实现步骤摘要】
圆钢端面贴标五自由度混联机器人尺度综合方法
本专利技术涉及一种圆钢端面贴标五自由度混联机器人尺度综合方法，属于混联机器人

技术介绍
混联机构兼具串联机构和并联机构的优点，在航空航天、医疗设备、工业生产等领域有着广阔的应用空间。尺度综合是混联机器人设计的重要内容，混联机器人的机构性能在不同的尺度下差异巨大，良好的尺度参数可以发挥出混联机构的性能优势，故对混联机构进行尺度综合意义重大。尺度综合常用的方法有性能图谱法和目标函数法：性能图谱法原理是减少参数的数目，表达出性能指标和参数间的关系，将性能指标用图形表示，简单直观但难以兼顾机构的可操作性等其他指标；目标函数法是根据机构自身及工作要求建立目标函数，利用优化算法寻找最优结果。目前对于串联机构或并联机构均有大量尺度综合相关研究，而对于混联机构尺度综合研究极其有限，且是将混联机构分解为串联机构与并联机构，分别进行尺度综合，如专利CN201710616947.9是围绕混联机构中的并联机构进行的尺度综合，混联机构在兼具串联机构和并联机构优势的同时，不可避免地包含两者的研究难点，主要在于采用目标函数法进行尺度综合要涉及机构的雅可比矩阵，而混联机构雅可比矩阵相关研究很少，且雅可比矩阵包含混联机构末端位置信息及并联机构末端位置信息，由于串联机构反解困难而并联机构正解困难的缘故，目标函数难以通过统一的参数建立，故对混联机器人整体进行尺度综合存在很大困难。
技术实现思路
本专利技术方法针对的圆钢端面贴标五自由度混联机器人机构由三平移并联机构串接二自由度旋转串联机构构成。并联机构是由静平台、动平台以及连接静平台和动平台的3条RRP4RR支链构成的一个封闭机构，3条RRP4RR支链均由转动副R、转动副R、平行四边形机构P4R和转动副R串接而成，三条支链沿静平台周向均布。串联机构的两个转动关节依次串接在并联机构动平台上，且两关节轴线空间垂直。本专利技术提出了一种混联机构尺度综合方法，以混联机器人运动学性能、刚度性能和传动性能作为优化目标函数，采用pareto前沿法，利用带精英保留策略的非支配排序遗传算法（NSGA-II）寻找目标函数最优值。将混联机构整体视做串联机构，其中并联机构视为一个串联关节，采用微分变换法求解并联机构的雅可比矩阵并将其作为混联机构雅可比矩阵相应的其中一列，串联机构的雅可比矩阵同样采用微分变换法求得，得到混联机构整体的雅可比矩阵，进而得到目标函数。此目标函数中的参数未统一，保留此目标函数中并联机构的末端位置信息，将混联机构末端位置信息通过并联机构末端位置信息与串联机构在不同关节变量下的位置来表示。串联机构的关节变量通过蒙特卡洛法获得，进而得到混联机构尺度综合的目标函数，对混联机构整体进行尺度综合，以解决
技术介绍
存在的上述问题。圆钢端面贴标五自由度混联机器人尺度综合方法，包含如下步骤：第1步，确立需要优化的几何参数即优化目标，包括并联机构主动臂l1，并联机构从动臂l2，并联机构动静平台半径差e，串联机械臂l3，串联机械臂l4，即优化问题为寻找一个向量P：P=[l1l2el3l4]T；第2步，建立混联机构雅可比矩阵J，将混联机器人整体视做串联机构，其中并联机构视为一个串联关节，采用微分变换法求解并联机构的雅可比矩阵并将并联机构的雅可比矩阵作为混联机构雅可比矩阵相应的一列，串联机构的雅可比矩阵同样采用微分变换法求得，进而得到混联机构整体的雅可比矩阵；第3步，建立机构全域运动学性能指标函数ηJ，以混联机器人雅可比矩阵的条件数来衡量机构的运动学性能，当条件数为无穷大时，机构为奇异构型，条件数越小，机构运动学性能最优，故优化目标为ηJ→min；第4步，建立机构全域刚度性能指标函数ηG，以刚度矩阵表示机构的刚度性能，将刚度矩阵的最小奇异值作为其条件数，故优化目标为ηG→min；第5步，建立机构全域传动性能指标函数ηS，以全域条件数的倒数作为评定机构传动性能的指标，条件数的倒数越大，机构的传动性能越好，故以全域条件数倒数的负数作为全域传动性能指标函数，优化目标为ηS→min；第6步，以ηJ，ηG，ηS作为优化目标函数，并联机构末端位置信息以x，y，z来表示，串联机构的关节变量通过蒙特卡洛法获得；第7步，采用pareto前沿法和优化算法寻找目标函数最小值：minF(P)=min(ηJ,ηG,ηS)T，并得到对应的设计变量。本专利技术的有益效果是：本专利技术对圆钢端面贴标五自由度混联机器人进行了尺度综合，通过将混联机构整体视作串联机构，并联机构视作其中一个串联关节的方法得到了混联机构的雅可比矩阵，根据混联机构雅可比矩阵得到尺度综合的优化目标函数，通过并联机构反解及蒙特卡洛法获得的串联关节变量来统一目标函数中的参数，采用pareto前沿法，利用NSGA-II寻找多目标函数的最优值。该方法有效地解决了混联机构尺度综合问题。附图说明附图1为本专利技术方法的混联机器人的机构简图；附图2为本专利技术方法的混联机器人的坐标系；附图3为本专利技术方法的混联机器人的并联机构基座。具体实施方式结合附图1-3说明本专利技术圆钢端面贴标五自由度混联机器人机构和尺度综合方法。本专利技术方法针对的圆钢端面贴标五自由度混联机器人机构由三平移并联机构串接二自由度旋转串联机构构成。并联机构是由静平台、动平台以及连接静平台和动平台的3条RRP4RR支链构成的一个封闭机构，3条RRP4RR支链均由转动副R、转动副R、平行四边形机构P4R和转动副R串接而成，三条支链沿静平台周向均布。串联机构的两个转动关节依次串接在并联机构动平台上，且两关节轴线空间垂直。圆钢端面贴标五自由度混联机器人尺度综合方法，包含如下步骤：第1步，确立需要优化的几何参数即优化目标，包括并联机构主动臂l1，并联机构从动臂l2，并联机构动静平台半径差e，串联机械臂l3，串联机械臂l4，即优化问题为寻找一个向量P：P=[l1l2el3l4]T；第2步，建立混联机构雅可比矩阵J，将混联机器人整体视做串联机构，其中并联机构视为一个串联关节，采用微分变换法求解并联机构的雅可比矩阵并将其作为混联机构雅可比矩阵相应的其中一列，串联机构的雅可比矩阵同样采用微分变换法求得，进而得到混联机构整体的雅可比矩阵；第3步，建立机构全域运动学性能指标函数ηJ，以混联机器人雅可比矩阵的条件数来衡量机构的运动学性能，当条件数为无穷大时，机构为奇异构型，条件数越小，机构运动学性能最优，故优化目标为ηJ→min；第4步，建立机构全域刚度性能指标函数ηG，以刚度矩阵表示机构的刚度性能，将刚度矩阵的最小奇异值作为其条件数，故优化目标为ηG→min；第5步，建立机构全域传动性能指标函数ηS，以全域条件数的倒数作为评定机构传动性能的指标，条件数的倒数越大，机构的传动性能越好，故以全域条件数倒数的负数作为全域传动性能指标函数，优化目标为ηS→min；第6步，以ηJ，ηG，ηS作为优化目标函数，其中并联机构末端位置信息以x，y，z来表示，其中串联机构的关节变量通过蒙特卡洛法获得；第7步，通过Matlab采用pareto前沿法，利用带精英保留策略的非支配排序遗传算法（NSGA-II）寻找目标函数最小值：minF(P)=min(ηJ,ηG,ηS)T，并得到对应的设计变量。本实施圆钢端面贴标五自由度混联机器人尺度综合的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.圆钢端面贴标五自由度混联机器人尺度综合方法，方法针对的五自由度混联机器人机构由三平移并联机构串接二自由度旋转串联机构构成，并联机构是由静平台、动平台以及连接静平台和动平台的3条RRP4RR支链构成的一个封闭机构，3条RRP4RR支链均由转动副R、转动副R、平行四边形机构P4R和转动副R串接而成，三条支链沿静平台周向均布，串联机构的两个转动关节依次串接在并联机构动平台上，且两关节轴线空间垂直，其特征在于采用如下方法进行尺度综合，具体步骤如下：第1步，确立需要优化的几何参数即优化目标，包括并联机构主动臂l1，并联机构从动臂l2，并联机构动静平台半径差e，串联机械臂l3，串联机械臂l4，即优化问题为寻找一个向量P：P=[l1l2el3l4]T；第2步，建立混联机构雅可比矩阵J，将混联机器人整体视做串联机构，其中并联机构视为一个串联关节，采用微分变换法求解并联机构的雅可比矩阵并将并联机构的雅可比矩阵作为混联机构雅可比矩阵相应的一列，串联机构的雅可比矩阵同样采用微分变换法求得，进而得到混联机构整体的雅可比矩阵；第3步，建立机构全域运动学性能指标函数ηJ，以混联机器人雅可比矩阵的条件数来衡量机构的运动学性能，当条件数为无穷大时，机构为奇异构型，条件数越小，机构运动学性能最优，故优化目标为ηJ→min；第4步，建立机构全域刚度性能指标函数ηG，以刚度矩阵表示机构的刚度性能，将刚度矩阵的最小奇异值作为其条件数，故优化目标为ηG→min；第5步，建立机构全域传动性能指标函数ηS，以全域条件数的倒数作为评定机构传动性能的指标，条件数的倒数越大，机构的传动性能越好，故以全域条件数倒数的负数作为全域传动性能指标函数，优化目标为ηS→min；第6步，以ηJ，ηG，ηS作为优化目标函数，并联机构末端位置信息以x，y，z来表示，串联机构的关节变量通过蒙特卡洛法获得；第7步，采用pareto前沿法，利用优化算法寻找目标函数最小值：minF(P)=min(ηJ,ηG,ηS)T，并得到对应的设计变量。...

【技术特征摘要】
1.圆钢端面贴标五自由度混联机器人尺度综合方法，方法针对的五自由度混联机器人机构由三平移并联机构串接二自由度旋转串联机构构成，并联机构是由静平台、动平台以及连接静平台和动平台的3条RRP4RR支链构成的一个封闭机构，3条RRP4RR支链均由转动副R、转动副R、平行四边形机构P4R和转动副R串接而成，三条支链沿静平台周向均布，串联机构的两个转动关节依次串接在并联机构动平台上，且两关节轴线空间垂直，其特征在于采用如下方法进行尺度综合，具体步骤如下：第1步，确立需要优化的几何参数即优化目标，包括并联机构主动臂l1，并联机构从动臂l2，并联机构动静平台半径差e，串联机械臂l3，串联机械臂l4，即优化问题为寻找一个向量P：P=[l1l2el3l4]T；第2步，建立混联机构雅可比矩阵J，将混联机器人整体视做串联机构，其中并联机构视为一个串联关节，采用微分变换法求解并联机构的雅可比矩阵并将并联机构的雅可比矩阵作为混联机构雅可比矩阵相应的一列，串联机构的雅可比矩阵同样采用微分变换法求得，进而得到混联机构整体的雅可比矩阵；第3步，建立机构全域运动学性...

【专利技术属性】
技术研发人员：张付祥，刘再，
申请(专利权)人：河北科技大学，
类型：发明
国别省市：河北,13