一种机器人运动可靠度评估方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种机器人运动可靠度评估方法及装置，以解决机器人运动可靠度评估准确度低的技术问题。该机器人运动可靠度评估方法包括步骤：确定连杆参数对应的区间变量；根据连杆参数的区间变量和目标轨迹点的转换矩阵，确定目标轨迹点的位置误差区间和姿态误差区间；将位置误差区间、姿态误差区间，输入预先设置的运动可靠性模型得到目标轨迹点的运动可靠度。该可靠度评估方法考虑到了机器人各点的参数区间变量及误差区间变量的影响，包括各关节点的区间变量及误差区间变量，具有可靠度评估准确、直观的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种机器人运动可靠度评估方法及装置
本专利技术涉及工业机器人领域，尤其涉及一种机器人运动可靠度评估方法及装置。
技术介绍
在机器人运动过程中，考虑机器人自身本体误差，机器人实际末端位姿(指位置、姿态，简称位姿)满足定位精度要求的概率称为机器人运动可靠性。机器人具有工作效率高、重复定位精度高等优点，在焊接、码垛、搬运等领域中被广泛应用，机器人在工作过程中，连杆加工偏差、关节间隙、关节变形以及连杆变形等都会造成机器人末端实际轨迹与理想路径间产生偏差，这就容易造成机器人所执行的任务可能出现失败的情况。因此，在机器人工作过程中，研究机器人时变运动可靠度具有重要意义。现有技术中，对机器人的运动可靠度评估方法通常采用概率论方法来分析，但是，机器人实际运动过程中，其某些运动参数无法预测真实的概率分布，故其运动可靠度评估准确度低，进而可能会对整个机器人系统的可靠性造成无法预估的不良影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种机器人运动可靠度评估方法及装置，以解决机器人运动可靠度评估准确度低的技术问题。本专利技术提供一种可靠度评估方法包括如下步骤：确定连杆参数对应的区间变量，所述区间变量由所述连杆参数对应的理想值和误差区间变量确定；根据所述连杆参数的区间变量和目标轨迹点的转换矩阵，确定所述目标轨迹点的位置误差区间和姿态误差区间；将所述位置误差区间和姿态误差区间、位置误差允许区间和姿态误差允许区间，输入预先设置的运动可靠性模型得到所述目标轨迹点的运动可靠度；所述运动可靠性模型为：根据位置误差区间、姿态误差区间、所述位置误差允许区间以及所述姿态误差允许区间进行标准化处理，得到表征位置误差区间、表征姿态误差区间，根据表征位置误差区间、表征姿态误差区间与基准位置误差区间、基准姿态误差区间的重叠度确定所述目标的运动可靠度。进一步地，所述运动可靠性模型包括二维坐标系，所述二维坐标系以标准化位置误差为横坐标轴、标准化姿态误差为纵坐标轴；所述表征位置误差区间是相对位置误差区间变量的一次函数；其中，所述相对位置误差区间变量与所述位置误差允许区间的最大值成正比，与所述位置误差区间的最大值成反比；所述表征姿态误差区间是相对姿态误差区间变量的一次函数；其中，所述相对姿态误差区间变量与所述姿态误差允许区间的最大值成正比，与所述姿态误差区间的最大值成反比；选择当所述位置误差允许区间的最大值为零时所对应的表征位置误差区间的函数值为所述基准位置误差区间的最小值，选择当所述位置误差允许区间的最大值与所述位置误差区间的最大值相等时所对应的表征位置误差区间的函数值为所述基准位置误差区间的最大值；选择当所述姿态误差允许区间的最大值为零时所对应的表征姿态误差区间的函数值为所述基准姿态误差区间的最小值，选择当所述姿态误差允许区间的最大值与所述姿态误差区间的最大值相等时所对应的表征姿态误差区间的函数值为所述基准姿态误差区间的最大值。进一步地，所述将所述位置误差区间、姿态误差区间、位置误差允许区间和姿态误差允许区间，输入预先设置的运动可靠性模型得到所述目标轨迹点的运动可靠度，包括：在所述二维坐标系中，确定所述表征位置误差区间、所述表征姿态误差区间、所述基准位置误差区间、所述基准姿态误差区间；以所述基准位置误差区间和所述基准姿态误差区间所围成的区域为所述第一区域，以所述表征位置误差区间和所述表征姿态误差区间所围成的区域为所述第二区域，所述第一区域与所述第二区域的重叠区域为所述第三区域；根据所述第三区域对应的第三区域面积与所述第一区域对应的第一区域面积的比值，确定所述目标轨迹点的运动可靠度。进一步地，所述运动可靠性模型包括：所述位置误差区间为所述位置误差允许区间为PI＝[0，εp]，所述表征位置误差区间的函数为其中，pm为所述位置误差区间最大值，εp为所述位置误差允许区间的最大值；所述姿态误差区间为所述姿态误差允许区间为QI＝[0，εq]，所述表征姿态误差区间的函数为其中，qm为所述姿态误差区间的最大值，εq为所述姿态误差允许区间的最大值；以所述表征位置误差区间的函数u＝1，所述表征姿态误差区间的函数v＝1，所围成的区域为第一区域；以所述表征位置误差区间的函数所述表征姿态误差区间的函数为所围成的区域为第二区域；所述根据所述第三区域对应的第三区域面积与所述第一区域对应的第一区域面积的比值，确定所述目标轨迹点的运动可靠度，包括：当所述位置误差区间的最大值小于等于所述位置误差允许区间的最大值，且所述姿态误差区间的最大值小于等于所述姿态误差允许区间的最大值时，所述机器人的运动可靠度为1；当所述位置误差区间的最大值大于所述位置误差允许区间的最大值，且所述姿态误差区间的最大值小于等于所述姿态误差允许区间的最大值时，所述机器人的运动可靠度为当所述位置误差区间的最大值小于等于所述位置误差允许区间的最大值，且所述姿态误差区间的最大值大于所述姿态误差允许区间的最大值时，所述机器人的运动可靠度为当所述位置误差区间的最大值大于所述位置误差允许区间的最大值，且所述姿态误差区间的最大值大于所述姿态误差允许区间的最大值时，所述机器人的运动可靠度为进一步地，位姿误差分别为：所述位置误差区间为：所述姿态误差区间为：其中，为机器人末端执行器的位置误差X轴坐标值，为机器人末端执行器的位置误差Y轴坐标值，为机器人末端执行器的位置误差Z轴坐标值；为机器人末端执行器的姿态误差X轴坐标值，为机器人末端执行器的姿态误差Y轴坐标值，为机器人末端执行器的姿态误差Z轴坐标值。进一步地，所述机器人末端执行器的位置误差X轴坐标值Y轴坐标值Z轴坐标值姿态误差X轴坐标值Y轴坐标值Z轴坐标值分别为：其中，M表示各连杆参数对位姿精度的影响权重矩阵；ΔaI表示各连杆的长度误差区间变量矩阵；ΔdI表示各相邻连杆的偏移距离误差区间变量矩阵；ΔαI表示各连杆的扭转角误差区间变量矩阵；ΔθI表示各连杆的关节角误差区间变量矩阵。进一步地，连杆i位姿区间变量分别为：连杆i的长度区间变量为连杆i-1与连杆i的偏移距离区间变量为连杆i的扭转角区间变量为连杆i的关节角区间变量为其中，ai表示连杆i的长度理想值；di表示连杆i-1与连杆i的偏移距离理想值；αi表示连杆i的扭转角理想值；θi表示连杆i的关节角理想值；表示连杆i的长度误差区间变量；表示连杆i-1与连杆i的偏移距离误差区间变量；表示连杆i的扭转角误差区间变量；表示连杆i的关节角误差区间变量。本专利技术提供一种机器人运动可靠度评估装置，包括：区间变量确定模块，用于确定连杆参数对应的区间变量，所述区间变量由所述连杆参数对应的理想值和误差区间变量确定；位姿误差确定模块，用于根据所述连杆参数的区间变量和目标轨迹点的转换矩阵，确定所述目标轨迹点的位置误差区间和姿态误差区间；运动可靠度确定模块，用于将所述位置误差区间、所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机器人运动可靠度评估方法，其特征在于，包括如下步骤：/n确定连杆参数对应的区间变量，所述区间变量由所述连杆参数对应的理想值和误差区间变量确定；/n根据所述连杆参数的区间变量和目标轨迹点的转换矩阵，确定所述目标轨迹点的位置误差区间和姿态误差区间；/n将所述位置误差区间、所述姿态误差区间、位置误差允许区间和姿态误差允许区间，输入预先设置的运动可靠性模型得到所述目标轨迹点的运动可靠度；所述运动可靠性模型为：根据位置误差区间、姿态误差区间、所述位置误差允许区间以及所述姿态误差允许区间进行标准化处理，得到表征位置误差区间、表征姿态误差区间，根据表征位置误差区间、表征姿态误差区间与基准位置误差区间、基准姿态误差区间的重叠度确定所述目标的运动可靠度。/n

【技术特征摘要】
1.一种机器人运动可靠度评估方法，其特征在于，包括如下步骤：
确定连杆参数对应的区间变量，所述区间变量由所述连杆参数对应的理想值和误差区间变量确定；
根据所述连杆参数的区间变量和目标轨迹点的转换矩阵，确定所述目标轨迹点的位置误差区间和姿态误差区间；
将所述位置误差区间、所述姿态误差区间、位置误差允许区间和姿态误差允许区间，输入预先设置的运动可靠性模型得到所述目标轨迹点的运动可靠度；所述运动可靠性模型为：根据位置误差区间、姿态误差区间、所述位置误差允许区间以及所述姿态误差允许区间进行标准化处理，得到表征位置误差区间、表征姿态误差区间，根据表征位置误差区间、表征姿态误差区间与基准位置误差区间、基准姿态误差区间的重叠度确定所述目标的运动可靠度。


2.根据权利要求1所述的可靠度评估方法，其特征在于，
所述运动可靠性模型包括二维坐标系，所述二维坐标系以所述表征位置误差区间为横坐标轴、所述表征姿态误差区间为纵坐标轴；
所述表征位置误差区间是相对位置误差区间变量的一次函数；其中，所述相对位置误差区间变量与所述位置误差允许区间的最大值成正比，与所述位置误差区间的最大值成反比；
所述表征姿态误差区间是相对姿态误差区间变量的一次函数；其中，所述相对姿态误差区间变量与所述姿态误差允许区间的最大值成正比，与所述姿态误差区间的最大值成反比；
选择当所述位置误差允许区间的最大值为零时所对应的表征位置误差区间的函数值为所述基准位置误差区间的最小值，选择当所述位置误差允许区间的最大值与所述位置误差区间的最大值相等时所对应的表征位置误差区间的函数值为所述基准位置误差区间的最大值；选择当所述姿态误差允许区间的最大值为零时所对应的表征姿态误差区间的函数值为所述基准姿态误差区间的最小值，选择当所述姿态误差允许区间的最大值与所述姿态误差区间的最大值相等时所对应的表征姿态误差区间的函数值为所述基准姿态误差区间的最大值。


3.根据权利要求2所述的可靠度评估方法，其特征在于，所述将所述位置误差区间、姿态误差区间、位置误差允许区间和姿态误差允许区间，输入预先设置的运动可靠性模型得到所述目标轨迹点的运动可靠度，包括：
在所述二维坐标系中，确定所述表征位置误差区间、所述表征姿态误差区间、所述基准位置误差区间、所述基准姿态误差区间；
以所述基准位置误差区间和所述基准姿态误差区间所围成的区域为所述第一区域，以所述表征位置误差区间和所述表征姿态误差区间所围成的区域为所述第二区域，所述第一区域与所述第二区域的重叠区域为所述第三区域；
根据所述第三区域对应的第三区域面积与所述第一区域对应的第一区域面积的比值，确定所述目标轨迹点的运动可靠度。


4.根据权利要求3所述的可靠度评估方法，其特征在于，所述运动可靠性模型包括：
所述位置误差区间为所述位置误差允许区间为PI＝[0，εp]，所述表征位置误差区间的函数为其中，pm为所述位置误差区间的最大值，εp为所述位置误差允许区间的最大值；
所述姿态误差区间为所述姿态误差允许区间为QI＝[0，εq]，所述表征姿态误差区间的函数为其中，qm为所述姿态误差区间的最大值，εq为所述姿态误差允许区间的最大值；
以所述表征位置误差区间的函数u＝±1，所述表征姿态误差区间的函数v＝±1，所围成的区域为第一区域；
以所述表征位置误差区间的函数u＝...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴海淼，王凯，薛应芳，张明，
申请(专利权)人：河北工程大学，
类型：发明
国别省市：河北;13