[发明专利]一种工业机器人综合性能指标设计评价方法

权利要求书

1.一种工业机器人综合性能指标设计评价方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：工业机器人性能指标设计；包括

1.1：工作空间指标；

1.2：运动学条件数指标；

1.3：运动学可操作度指标；

1.4：运动学全域速度性能指标；

1.5：全域加速度性能指标；

步骤2：指标融合与优化；建立一个完全通用的机器人性能指标是十分复杂的，因此，我们选取三个典型的全域性能指标：工作空间指标、全域速度性能指标、全域加速度性能指标用于评价机器人的几何学、运动学、动力学各自的性能。

步骤3：优化算法。

2.根据权利要求1所述的一种工业机器人综合性能指标设计评价方法，其特征在于：所述步骤1.1:工作空间指标：机器人在工作过程中，其工作空间指机器人末端执行器能够到达的空间区域；通常分为可达工作空间和灵巧工作空间，并且后者是前者的一个子集；在灵巧的工作空间中，末端执行器可以实现任意方位的变换。通常，机器人工作空间的形状和大小依赖于其机械臂的连杆运动学参数；

一般具有较长连杆长度的机器人有较大的工作空间；但是在总连杆长度相同的条件下机器人可以形成不同的工作空间；性能较好的机器人应具有较大的工作空间同时总的关节长度相对较小；

因此，可将单位长度的总杆长生成的可达工作空间体积做为机器人一个性能指标。其指标可以定义如下：

上式中V表示机器人可达空间体积，∑l_i表示机器人总杆长。

3.根据权利要求1所述的一种工业机器人综合性能指标设计评价方法，其特征在于：所述步骤1.2：运动学条件数指标：

机器人末端运动与各个关节的运动关系可由雅克比矩阵表示如下式：

上式中v表示末端的空间速度，J是6×n雅克比矩阵，θ表示机器人的关节空间向量，n是机器人的自由度。Salisbury与Craig定义的条件数指标如下：

上式中k_J表示条件数，σ_max、σ_min分别表示雅克比矩阵的最大、最小奇异值，||J(θ)||表示矩阵J的F范式。

4.根据权利要求1所述的一种工业机器人综合性能指标设计评价方法，其特征在于：所述步骤1.3：运动学可操作度指标为了表示机器人的运动灵活性，T.Yoshikawa设计了一种可操作度指标，如下式：

当机器人雅克比矩阵J满秩，该指标即为雅克比矩阵的行列式det(J)的值。

5.根据权利要求1所述的一种工业机器人综合性能指标设计评价方法，其特征在于：所述步骤1.4运动学全域速度性能指标

全域速度性能指标用来衡量机器人的全域性能；K_J表示在机器人的工作空间W中指定点的条件数指标。