[发明专利]四轴机器人中弹簧储能缸最佳位置配置方法

摘要

本发明公开了一种四轴机器人中弹簧储能缸最佳位置配置方法，其特征是以储能缸下端点在机器人坐标系中的位置以及弹簧储能缸中弹簧初始形变量为位置参数变量，设定大臂驱动扭矩峰值最小化为控制目标，通过萤火虫算法计算获得四轴机器人在不同工作轨迹下的弹簧储能缸的最佳位置参数；基于弹簧储能缸的最佳位置参数，通过设计可调节装置机构实现调节储能缸到优化位置。本发明在平衡大臂扭矩的同时，能有效降低大臂扭矩峰值，提升工作性能，降低成本。

主权项

1.一种四轴机器人中弹簧储能缸最佳位置配置方法，所述四轴机器人包括基座、腰身、大臂、小臂和腕部，在机器人大臂的侧部设置有用于提供平衡力矩的弹簧储能缸；其特征是：将位于大臂上端的弹簧储能缸上端点设置为可转动的铰接点，将连接在腰部的弹簧储能缸下端点设置为可调结构；所述可调结构是指：在机器人坐标系中，储能缸下端点沿X轴方向距YOZ面的垂直距离f为可调，储能缸下端点沿Z轴方向上距XOY面的垂直距离d为可调；所述机器人坐标系是指：以大臂与腰部的铰接中心为原点O；以大臂驱动电机的输出轴为Y轴，所述Y轴是大臂与腰部之间的铰接轴；以沿大臂竖向中心线、且垂直于Y轴的方向为Z轴；按右手定律确定垂直于YOZ面的方向为X轴；所述弹簧储能缸的缸筒轴线平行于X0Z面；所述弹簧储能缸的最佳位置配置方法是：按Kane法建立包含弹簧储能缸的等效支链在内的四轴机器人动力学模型，在所述四轴机器人动力学模型下设置三个位置参数变量，所述三个位置参数变量分别是：储能缸下端点沿X轴方向距YOZ面的垂直距离f、储能缸下端点沿Z轴方向上距XOY面的垂直距离d，以及弹簧储能缸中弹簧初始形变量Δx₀；所述弹簧初始形变量Δx₀是指弹簧预紧状态的形变量；设定四轴机器人中大臂驱动扭矩峰值τ达到最小、但不低于下限设定值为控制目标，通过萤火虫优化算法，利用Matlab工具计算获得四轴机器人在不同工作轨迹下的弹簧储能缸的最佳位置参数配置。