[发明专利]一种机械臂负载质心范围计算与负载曲线图绘制方法

权利要求书

1.一种机械臂负载质心范围计算与负载曲线图绘制方法，其特征在于，包括：

步骤1：确定当前作用于机械臂末端的负载质量和负载质心坐标；负载质心坐标位于建立在机械臂末端的空间直角坐标系内；

步骤2：根据机械臂末端关节的负载允许最大扭矩和惯性矩计算负载质心横坐标临界值；

步骤3：将负载视为一具有质量的质点，质点位于负载质心坐标位置，根据质点绕轴的转动惯量和绕轴惯性积计算公式，计算负载相对于所述空间直角坐标系三轴的转动惯量和惯性积；

步骤4：采用Newton-Euler方法建立机械臂动力学方程，计算当前机械臂各关节的扭矩；

步骤5：判断当前是否有关节的扭矩等于该关节所能承受的扭矩最大值，若是，记录当前负载质心纵坐标，若否，改变负载质心坐标位置，转步骤3计算；

步骤6：根据所记录的机械臂所有关节对应的负载质心纵坐标，选取其中最小值作为负载质心纵坐标临界值；

步骤7：改变负载质量，重复执行上述步骤1～6，计算不同负载质量下的负载质心横、纵坐标临界值，然后绘制机械臂负载曲线图，负载曲线图中记载不同负载质量下的负载质心横、纵坐标临界值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤1中，以机械臂末端法兰面的旋转中心为原点建立空间直角坐标系，空间直角坐标系的Z轴垂直于末端法兰面，空间直角坐标系的X轴和Y轴位于末端法兰面内，获取负载质心在空间直角坐标系内的坐标。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤3中，设当前负载质量为m_t，则转动惯量和惯性积计算如下：

转动惯量I_ii＝m_t·r_i²；

惯性积I_ij＝m_t·l_i·l_j；

其中，下角标i和j表示不同坐标轴，坐标轴为所述空间直角坐标系的x,y,z轴；r_i为质点到i轴的距离，l_i、l_j分别表示质心在i轴和j轴的坐标值。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤4包括：

(1)获取机械臂的改进D-H参数，各关节连杆的质量、质心坐标和惯性张量；

(2)根据Newton-Euler方程，利用关节连杆的连接关系，推导从基座到末端的各关节连杆的角速度、角加速度、速度和加速度；

(3)计算各关节连杆的惯性力和惯性力矩；

(4)从机械臂的末端关节开始，进行内推，求取由末端关节到基座各关节所受的力和力矩。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤7中，绘制的机械臂负载曲线图的横坐标为垂直于所述空间直角坐标系的x轴的直线，各负载质量下的弧线为以决定负载质心纵坐标临界值的关节处到达末端法兰面的距离为半径的圆弧，圆弧与所述空间直角坐标系的y轴的交点为计算的负载质心纵坐标临界值，圆弧与垂直于x轴的直线交于一点，构成了负载曲线。