[发明专利]一种机器人工作空间优化方法、装置、存储介质和设备

权利要求书

1.一种机器人工作空间优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

确定机器人的优化目标，所述优化目标包括机器人的工作空间；

从机器人的机械臂参数中选取设计变量，所述设计变量用于描述机器人的工作空间；

基于机器人的优化目标构建数学模型，确定所述数学模型的约束条件，并基于所述约束条件确定所述数学模型的目标函数；

基于约束条件对所述目标函数进行迭代优化，以得到满足约束条件的与优化目标对应的设计变量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述机器人的优化目标还包括所述机器人的可操作性和所述机器人的刚度。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述机器人的设计变量包括大臂连杆的长度和小臂连杆的长度。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述数学模型的约束条件包括第一约束条件、第二约束条件、第三约束条件和第四约束条件，其中，

第一约束条件为所述机器人的雅可比矩阵的条件数趋近于1；

第二约束条件为所述机器人的刚度矩阵的条件数趋近于1；

第三约束条件为所述大臂连杆的长度和所述小臂连杆的长度之和趋于最大；

第四约束条件为所述大臂连杆的长度和所述小臂连杆的长度之差趋于最小。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述数学模型包括机器人的雅可比矩阵，其表达式为：

其中，V为机器人末端法兰操作空间线速度，W为机器人末端法兰操作空间角速度，J_ln为各关节操作空间线速度，J_an为各关节操作空间角速度，为关节速度到机器人末端操作空间线速度和角速度的传动比。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述数学模型还包括机器人的刚度矩阵，其表达式为：

D＝(J^T)^-1·χ·J^-1，χ＝diag(k1，k2，k3，k4，k5，k6)

其中，J为机器人的雅可比矩阵，χ为机器人的关节弹簧系数矩阵，kn为机器人的各关节弹簧系数。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述目标函数的表达式为：

其中，K_j为机器人的雅可比矩阵的条件数，K_d为机器人的刚度矩阵条件数，K_j0为机器人的雅可比矩阵原有条件数，K_d0为机器人的刚度矩阵原有条件数，J₇为原有大臂连杆的长度，J₈为原有小臂连杆的长度，X(1)为大臂连杆的长度变量，X(2)为小臂连杆的长度变量，μ₁、μ₂、μ₃、μ₄为比例系数。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于约束条件对所述目标函数进行迭代优化包括：

采用目标优化算法对所述目标函数进行迭代优化，所述目标优化算法包括粒子群算法、模拟退火算法、遗传算法中的一种或多种。

9.一种机器人工作空间优化装置，其特征在于，所述装置包括：

目标确定单元，用于确定机器人的优化目标，所述优化目标包括机器人的工作空间；

变量选择单元，用于从机器人的机械臂参数中选取设计变量，所述设计变量用于描述机器人的工作空间；

模型建立单元，用于基于机器人的优化目标构建数学模型，确定所述数学模型的约束条件，并基于所述约束条件确定所述数学模型的目标函数；

计算单元，用于基于约束条件对所述目标函数进行迭代优化，以得到满足约束条件的与优化目标对应的设计变量。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至8任一项所述方法的步骤。

11.一种机器人工作空间优化设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至8任一项所述方法的步骤。