[发明专利]并混联机器人末端笛卡尔空间的刚度建模方法

说明书

本申请提出一种并混联机器人末端笛卡尔空间的刚度建模方法，包括：基于机器人构型提取虚拟节点；根据定平台、末端点和机器人结构确定虚拟节点流的流动方向；根据虚拟节点流的流动方向传递、合并各接触或者零件的柔度等信息直到确定末端点的柔度矩阵。末端点的柔度矩阵的逆即为机器人的末端笛卡尔空间刚度矩阵。本申请克服了以往有限元分析法求解效率低、矩阵结构分析法求解精度低、虚拟铰链法依赖机器人结构在过约束或复合关节求解复杂的缺点，可以对机器人的刚度特性进行实时地量化描述，对机器人末端的刚度变形进行定量精确快速预测，对于机器人的构型综合、尺寸优化、力控制、静力学分析等领域都具有重要意义。

技术领域

本申请属于机器人技术领域，尤其涉及一种并混联机器人末端笛卡尔空间的刚度建模方法。

背景技术

并混联机构由于在精度、刚度和动力学性能等方面优于串联机构而受到学术界和工业界的广泛关注。在高速加工、强力组装等应用中需要高刚度和快速动态响应的情况下，应始终考虑末端的刚度矩阵，并且机器人的刚度是一个特别重要的性能因素。

并混联机器人的末端笛卡尔空间刚度建模，就是对于任意机器人位姿，给出末端机器人执行器端的刚度或者柔度矩阵，它是机器人刚度性质的直接量化体现。末端笛卡尔空间刚度建模，通常需要兼具求解精度和求解效率，对于机器人的构型综合、尺寸优化、力控制、静力学分析等领域都具有重要意义。

由于并混联机器人的位姿的改变，通常会引起相应末端笛卡尔空间刚度矩阵的变化，因此针对需求位姿快速给出高精度的末端刚度或柔度矩阵是具有一定复杂性的问题。

发明内容

本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本申请的一个目的在于提出一种并混联机器人末端笛卡尔空间的刚度建模方法，可以解决现有技术中并混联机器人的末端笛卡尔空间刚度建模问题，从而更准确、快速地计算并混联机器人的末端刚度或柔度矩阵。

为达上述目的，本申请一方面实施例提出了一种并混联机器人末端笛卡尔空间的刚度建模方法，包括：

基于所述并混联机器人的构型，提取针对所述并混联机器人的虚拟节点；

根据所述并混联机器人之中的定平台、末端点和所述并混联机器人的结构，确定所述虚拟节点在对应虚拟节点流中的传递流动方向；

根据所述虚拟节点、所述虚拟节点在对应虚拟节点流中的传递流动方向和所述虚拟节点所在的虚拟节点流的流动方法，使得柔度矩阵和被动位移信息从所述虚拟节点流的起点传递至末端节点，获取所述末端节点的柔度矩阵；

根据所述末端节点的柔度矩阵，生成末端笛卡尔空间的刚度矩阵。

可选地，在本申请一些实施例中，所述基于所述并混联机器人的构型，提取针对所述并混联机器人的虚拟节点，包括：

根据第一原则和所述并混联机器人的构型，确定针对所述并混联机器人的虚拟节点，所述虚拟节点具有对应位置和物理表征含义；其中，所述第一原则包括：

(i)存在接触的两个零件间，通过接触确定分别位于所述两个零件上的两个虚拟节点，所述两个虚拟节点代表接触在所述两个零件上分别对应的位置；

(ii)所述并混联机器人的笛卡尔刚度矩阵式末端相对于固定位置的受力-形变关系，通过所述固定位置确定虚拟节点，表示位移恒为0的点；

(iii)所述并混联机器人的末端点作为一个虚拟节点，代表最终需要确定刚度矩阵的节点。

可选地，在本申请一些实施例中，所述根据所述并混联机器人之中的定平台、末端点和所述并混联机器人的结构，确定所述虚拟节点在对应虚拟节点流中的传递流动方向，包括：