[发明专利]一种基于刚度模型的机器人刚度设计方法与终端

权利要求书

1.一种基于刚度模型的机器人刚度设计方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1，根据机器人结构及刚度设计参数建立机器人刚度模型；

步骤2，选择机器人刚度设计的基准位姿；

步骤3，构建包含刚度综合评价函数、约束条件以及初始值的刚度优化综合模型；具体过程包括：

步骤3-1，构建刚度综合评价函数，包括：

S1：刚度最小化单目标评价函数

该评价函数中，用各关节刚度之和表示其刚度的高低，公式如下：

式中，k_i为第i关节的刚度，n为关节总数；

S2：误差波动最小化单目标评价函数

将典型轨迹离散为m个节点，该评价函数为：

式中，kx_i,ky_i,kz_i分别表示机器人在节点i上的沿x,y,z三个方向的刚度，kx^c,ky^c,kz^c分别为设定的沿x,y,z三个方向的刚度；

S3：综合刚度和误差波动的多目标评价函数

用于平衡上面的两种评价函数，该多目标评价函数为：

式中，f₁和分别表示刚度最小化单目标函数和最优值；f₂和分别表示误差波动最小化单目标函数和最优值；λ₁和λ₂为加权系数，可根据设计要求选择；

步骤3-2，设定约束条件，该约束条件包括关节空间刚度约束和笛卡尔空间刚度约束；

其中，关节空间刚度约束是指关节刚度应低于所能达到的最高值；

式中，表示机器人刚度参数能够达到的最大刚度；

笛卡尔空间刚度约束是指机器人末端刚度应小于某一设定值：

g_x＝kx-kx^c≤0 (5)

g_y＝ky-ky^c≤0 (6)

g_z＝kz-kz^c≤0 (7)

步骤3-3，选取刚度设计变量初始值：

将每个关节对应的所设计选取的传动或支撑或其他元件的刚度值，作为该关节刚度设计变量的初始值；

步骤3-4，构建机器人刚度优化综合模型，该模型描述为：

求取设计变量矢量x＝[k₁,k₂,…,k_n]^T，使得满足：

步骤4，求解刚度优化综合模型获得刚度设计变量的最优解。