[发明专利]基于工作空间相似度的外肢体机器人参数优化方法

说明书

本发明公开了基于工作空间相似度的外肢体机器人参数优化方法，机器人包括多个连杆，执行N种不同的任务，S1，构建目标优化函数：Φ(l，α)＝μ₁F₁(l，α)+…+μ_nF_n(l，α)+μ_n+1f，μ₁、...、μ_n、μ_n+1表示权重值且μ₁+…+μ_n+μ_n+1＝1，l表示连杆长度，α表示连杆扭角，F_n(l，α)表示机器人进行任务n时工作空间W_Rn(l，α)与人体进行任务n时工作空间W_n的相似度，f指机器人质量体积度量指标；S2，迭代法迭代l，α，求解Φ(l，α)为最小值时对应的各连杆的长度和扭角值，不必大量试错，可提高设计效率和质量。该方法将工作空间相似度与质量体积指标一同纳入考虑，通过求解目标优化函数的最小值，可构建出更轻量级、鲁棒性更强的多任务机器人。

技术领域

本发明属于外肢体机器人设计领域，更具体地，涉及基于工作空间相似度的外肢体机器人参数优化方法。

背景技术

许多外肢体机器人在应用时应能实现多个任务目标，比如应用于偏瘫患者的外肢体机器人应同时具有充当使用者上肢与下肢的能力。公开号为CN110292510A的专利中提出了一种人体运动辅助两用式外肢体机器人，目的在于为偏瘫患者提供一种既作为人体的第三条腿辅助行走，又可作为人体的手臂协助完成抓取动作。这种外肢体机器人采用连杆机械机构，而一个机械机构要能同时达到人体上肢与下肢的工作空间难度较大，这要求它具有合适的参数配置如自由度、DH参数等。

现有技术中，有以工作空间、尺寸、灵巧度、结构长度、最大奇异值等为指标来优化单个任务机械机构，而针对上述的这种用于执行多任务的机器人，设计时需要同时考虑到机器人执行多个任务的工作空间，当机器人工作空间与人体实际执行任务的工作空间相似度越低，整个机械机构的质量体积就会越大，鲁棒性越弱。而现有技术中针对工作空间的研究也只集中在如何最大化工作空间，因此，设计出的多任务机器人通常质量体积较大，鲁棒性较弱。为了构建轻量级、鲁棒性强的多任务机器人，需要考虑到多任务情况下两个工作空间之间的相似度，所以，需要提出一种新机械机器人参数优化方法，也就是基于两个工作空间的相似度来设计连杆机器人机械机构中的连杆长度l与连杆扭角α，从而可以构建更轻量级、鲁棒性更强的机器人。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了基于工作空间相似度的外肢体机器人参数优化方法，其目的在于解决现有技术中设计多任务机器人时连杆的参数设计困难、整个机器人的质量体积大、鲁棒性弱的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种量化两个工作空间相似度的方法，其特征在于，其中W_A、W_B分别表示两个工作空间，F表示两个工作空间的相似度，计算W_A∩W_B即遍历两个工作空间的点集中的所有点来判断两个点的距离是否小于设定的容许距离e。

通过上述技术方案，量化了两个工作空间的相似度，且F的值越小，相似度越高，便于将工作空间相似度纳入到机器人参数优化过程中。

本发明的另一个方面，提供了一种基于工作空间相似度的外肢体机器人参数优化方法，其特征在于，所述机器人包括多个连杆，用于执行N种不同的任务，N≥2且为整数，所述方法包括：