[发明专利]基于区间分析的3‑*RS并联机器人的定位精度优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于区间分析的3-PRS并联机器人的定位精度优化方法，属于智能机器人技术领域。 

背景技术

机器人技术的发展与应用极大地改变了人类的生产和生活方式。利用机器人不仅能够迅速而准确地完成枯燥的重复性工作，而且能够在危险、恶劣环境下安全可靠地完成许多复杂操作，可以大大减轻人们的劳动强度，提高劳动生产率，改善产品质量。作为一种具有闭链结构的先进机器人，并联机器人在机构学上具有运动惯性低、负载能力强、刚度大等优点，这恰恰弥补了传统工业机器人在这些方面的不足，使得并联机器人成为一个潜在的高速度、高精度运动平台。 

近30年来，研究人员在并联机器人的机构设计、运动学求解与分析、运动学标定、动力学与控制等方面做了大量的研究工作，并联机器人也逐渐成为机器人领域的研究与应用热点，其中，大多数标志性的研究工作都是针对六自由度并联机器人进行的。然而并非所有的应用场合都需要全部的六自由度运动，在某些应用中（如大型望远镜，机械加工等）低自由度就已足够。相对于六自由度（6-PRS）并联机器人机械结构复杂、机构约束多、运动学方程难于求解等问题，三自由度（3-PRS）并联机器人以驱动器少，机械结构简单，建造维护费用低，控制器设计容易等优点日益引起人们的关注，成为并联机器人领域的一个新的研究热点。 

3-PRS并联机器人的独立运动建立在并联机构的机械设计基础之上，其机械结构主要由定平台、动平台和连接两个平台之间的运动铰链组成。动平台和定 平台呈上下分布，并联机器人自由度的多少和运动铰链的数量有直接的关系。在实际条件下，由于存在有加工、安装等误差，3-PRS并联机器人除了在期望的三维自由度上做独立运动以外，还在其余自由度上有非独立的、依赖于三维独立运动而存在的附加运动，称为“寄生运动”。在某些场合（大型望远镜调节装置），过大的寄生运动会对并联机器人的控制定位精度和承载能力产生负面影响，因此，在对3-PRS并联机器人进行定位精度优化设计时应在合理范围内充分考虑寄生运动的影响。 

在机构的可达工作空间范围内，存在很多特殊的位置，它们的存在会严重影响机构的正常运行。也就是在这些位置，机构会出现意想不到的情况，如上平台失去平衡，驱动关节锁死无法继续运动，或者自由度发生改变，致使机构损害，严重的还可能因机构受力过大导致无法正常工作。这些影响机构正常运作的现象，叫做奇异位形或特殊位形（有时直接称为奇异）。并联机构在奇异位形附近时，会发生意想不到的对机构的损害，因此在实际应用中，应对并联机构的奇异点进行分析并将其排除在工作空间之外。 

空间实体位置信息（通常为坐标）与其真实位置之间的接近程度称为定位精度。对于并联机构，就是其实际位姿与标准位姿之间的接近程度。接近程度越小，说明定位精度越高，这是机械加工精度得以保证的前提。定位精度受到很多因素的影响，如制作、安装误差、传动系统的误差等。 

目前，有关3-PRS并联机器人定位精度优化设计的研究并不系统和全面，在可操作性和普适性方面还有局限性。由于并联机器人的结构优化设计通常是一个多目标优化问题，需要同时满足工作空间、刚性、灵活性、奇异性、定位精度等性能目标约束，而奇异性和定位精度是准确控制3-PRS并联机器人稳定工作的重要保障。 

发明内容

针对目前方法所存在的主要问题，本发明提出一种基于区间分析的3-PRS并联机器人的定位精度优化方法，有效地解决3-PRS并联机器人的定位精度优化设计问题,避免了传统优化算法难以选取权值和易于陷入局部极小的问题，以3-PRS并联机器人的奇异性和定位精度为优化目标，以具有增量式和开放式结构的优化算法为手段，通过一系列的区间运算最终给出满足设计要求的几何设计参数的优化解区间。 

本发明的目的主要通过下述技术方案实现的： 

一种基于区间分析的3-PRS并联机器人定位精度优化方法，包括以下步骤：