[发明专利]圆钢端面贴标五自由度混联机器人尺度综合方法

说明书

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。

技术领域

本发明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领域。

背景技术

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。

发明内容

本发明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RRP^4RR支链构成的一个封闭机构，3条RRP^4RR支链均由转动副R、转动副R、平行四边形机构P^4R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。

本发明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，以解决背景技术存在的上述问题。

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：