[发明专利]柔性支撑工业机器人的一种工作空间求解方法

说明书

本发明公开了柔性支撑工业机器人的一种工作空间求解方法，首先运用基于固定基座提出的工业机器人运动学雅格比局部条件数指标对可达工作空间进行初步精炼得到灵活工作空间，即在此工作空间中工作时工业机器人能够远离可达工作空间中的奇异位形，从而保证运动学精度；然后，针对柔性支撑工业机器人提出力系(力和力矩)椭球指标用于进一步精炼工业机器人灵活工作空间，并将其命名为综合抑振工作空间；工业机器人在此工作空间内工作时，能够使柔性支撑平台所受到的来自工业机器人的反作用力系得到有效控制，从而使得工业机器人本身终端精度不受到破坏，达到固定基座工业机器人同样的运动学终端精度。

技术领域

本发明涉及柔性支撑串联工业机器人系统轨迹规划技术领域，具体涉及柔性支撑工业机器人的一种工作空间求解方法。

背景技术

发明背景

随着大型矿用自卸车、大型伺服压力机、大飞机等大国重器相继问世，使得工业机器人在高端制造领域的应用越来越广泛。针对此类装备制造，由于其尺寸庞大，而传统固定基座工业机器人工作空间有限，大大限制了其应用范围。为了满足上述要求，柔性支撑工业机器人的概念应运而生。柔性支撑工业机器人的典型结构是将工业机器人安装于具有大工作空间的轻质柔性运动平台(通常为索驱动机构)。柔性支撑机工业器人与传统工业机器人的最大不同是具有柔性支撑。柔性支撑的引入实现了终端大工作空间、系统低功耗和低成本的有机结合，但同时带来了系统振动和末端精度恶化的风险。因此寻找一种能够有效抑制柔性支撑平台振动的柔性支撑机工业器人工作空间是需要亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为保证柔性支撑工业机器人的终端精度，而提供一种兼顾柔性支撑工业机器人抑振特性的工作空间求解方法。

为实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

柔性支撑工业机器人的一种工作空间求解方法，该方法的具体步骤如下：

步骤一：根据工业机器人说明书获得其理论可达工作空间范围；

步骤二：选取可达工作空间中能够表征整个三维可达工作空间内工业机器人运动学和动力学性能的某一特征截面进行后续分析；

步骤三：建立工业机器人运动学正解模型完成位置雅格比矩阵、位置海赛矩阵的求解，然后建立运动学逆解模型；最后基于上述逆解模型、位置雅格比矩阵、位置海赛矩阵建立起操作空间与关节空间动力学参数之间的相互映射关系，完成操作空间动力学参数向关节空间动力学参数的转换；

步骤四：运用工业机器人位置雅格比矩阵局部条件数指标对可达工作空间特征截面进行分析；获得该指标在截面内的分布情况；

步骤五：运用牛顿-欧拉法对工业机器人进行动力学建模，得到牛顿-欧拉法动力学模型；

步骤六：利用牛顿-欧拉法动力学模型计算可达工作空间中某位置点工业机器人末端单位加速度引起支座反作用力系映射矩阵；

步骤七：利用力系映射矩阵最大奇异值作为评价指标，获得该指标在截面内的分布情况；

步骤八：根据工业机器人实际工作过程中对末端位置精度的要求确定步骤四，步骤七中各个指标极限值所对应的边界；对上述边界取交集得到特征截面内综合抑振工作空间截面范围；

步骤九：将步骤八中得到的综合抑振工作空间截面绕对称中心进行旋转即可获得整个三维立体综合抑振工作空间；

步骤六所述计算可达工作空间中某位置点工业机器人末端单位加速度引起支座反作用力系映射矩阵的具体方法如下：