[发明专利]一种并联机构工作空间截面边界搜寻方法

说明书

一种并联机构工作空间截面边界搜寻方法，包括：自定义约束函数，其表达式如下：式(1)中，CQ1：机构存在位置反解且不存在奇异位置；CQ2：各个机构之间不相互发生干涉；CQ3：机构构型限制；CQ4：机构性能约束条件应同时满足η_LITI≥[η_LITI]、η_LOTI≥[η_LOTI]两个不等式；采用极坐标搜索方法和二分法结合搜寻满足约束函数值为1的边界半径；将极坐标系内所有边界半径的端点依次光滑连接为封闭图形，即为工作空间截面边界曲线。本申请中采用极坐标搜索方法和二分法结合能够实现快速精准搜寻并联机构的工作空间边界，实用性强。

技术领域

本申请涉及并联机构技术领域，尤其涉及一种并联机构工作空间截面边界搜寻方法。

背景技术

并联机构的工作空间是机构末端执行器的工作区域，它是衡量机器人性能的重要指标之一。工作空间的分析是并联机构设计的基础，也是后面轨迹规划的约束条件。其中常用的3T1R并联机构即为4个自由度并联机构，其中3T表示3个移动自由度；1R为绕Z轴转动的自由度。在实际工作中受本体结构参数的约束，总希望并联机构的工作空间尽可能大。因此，准确表示出并联机构工作空间的范围，能提高并联机构后续轨迹规划等工作。如何高效、准确地表示出并联机构的工作空间范围，是一个比较难解决的问题。

目前的研究现状如下：在基于逆解存在的条件下，一般运用圆周式搜索算法，确定平面并联机构工作空间一系列边界点，该方法约束条件仅为逆解存在，工作空间搜寻范围边界点会存在奇异点，工作空间可能不满足实际工作情况下的要求且其中的算法步骤比较繁琐，实用性较差；在以转角约束、逆解约束及干涉约束为前提条件下，通过分别搜寻两个轴方向的极值，绘制出串联工作空间边界，容易出现误差；还有采用基于二分逼近原理，以逆运动学、碰撞二值测试为基础，搜索出3维及以下的工作空间边界的方法，但该方法目前基于实验测试数据，会存在一定误差，搜寻到的并联机构的工作空间范围准确度低。还有仅运用迭代搜索算法搜寻工作空间边界的方法，但该方法的约束条件同样存在实用性较差的问题。

发明内容

本申请提供了一种并联机构工作空间截面边界搜寻方法，以解决现有技术中存在的并联机构工作空间搜寻方法算法步骤比较繁琐，实用性较差、准确度低的问题。

本申请采用的技术方案如下：

一种并联机构工作空间截面边界搜寻方法，所述边界搜寻方法包括：

自定义约束函数，其表达式如下：

式(1)中，CQ1～CQ4约束条件如下：

CQ1：机构存在位置反解且不存在奇异位置；

CQ2：各个支链机构之间不会相互发生干涉；

CQ3：机构构型限制；

CQ4：机构性能约束条件应同时满足η_LITI≥[η_LITI]、η_LOTI≥[η_LOTI]两个不等式，其中η_LITI、η_LOTI分别为机构的输入、输出性能指标；[η_LITI]、[η_LOTI]分别为根据实际工况确定的机构的许用输入、许用输出性能指标；

采用极坐标搜索方法和二分法结合搜寻满足所述约束函数值为1的边界半径；

将极坐标系内所有所述边界半径的端点依次光滑连接为封闭图形，即为工作空间截面边界曲线。