[发明专利]一种基于刚度性能优化的移动机械臂站位规划方法

权利要求书

1.一种基于刚度性能优化的移动机械臂站位规划方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)建立坐标系：确定移动平台坐标系、机械臂基坐标系、机械臂各连杆坐标系、法兰坐标系、打印单元坐标系和墙体坐标系；

(2)根据步骤(1)建立的坐标系，建立整个系统的运动学模型，根据整个系统的运动学模型及实际作业任务确定移动平台相对实际作业任务的可达站位空间；

(3)根据步骤(1)建立的坐标系，建立机械臂的力学模型：已知机械臂末端所期望的运动轨迹，计算连杆构型、连杆质量、末端载荷和各关节角速度的因素作用下的各关节驱动力矩；

(4)根据步骤(3)建立的机械臂的力学模型，确定机械臂末端变形量作为机械臂刚度评价指标；

(5)根据步骤(4)得到的机械臂刚度评价指标做为优化目标，以移动平台相对实际作业任务在可达站位空间内的站位做为设计变量，建立单次作业的优化函数，利用遗传算法进行合理的站位优化。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述机械臂为六连杆机械臂，包括第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆和第六连杆，根据改进的DH参数法分别确定机械臂各连杆坐标系。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，建立整个系统的运动学模型的步骤具体为：首先根据机械臂各连杆的坐标系和机械臂各连杆的结构尺寸确定机械臂运动学模型；然后根据移动平台的尺寸、机械臂安装在移动平台上的位置和作业任务确定整个系统的运动学模型，即

式中：为移动平台坐标系相对于机械臂基坐标系的齐次变换矩阵；为打印工具坐标系相对于法兰坐标系的齐次变换矩阵；为打印工具坐标系相对墙体坐标系的齐次变换矩阵；为移动平台坐标系M相对墙体坐标系W的齐次变换矩阵；为法兰坐标相对于第六连杆坐标系的齐次变换矩阵；为第六连杆坐标系相对机械臂基坐标系的齐次变换矩阵；

其中，第六连杆的坐标系相对机械臂基坐标系的齐次变换矩阵由整个系统的运动学模型求得，为

根据机械臂运动学模型列出机械臂的逆运动学方程，根据机械臂的逆运动学方程校验移动平台相对实际作业任务在可达站位空间内规划的某一站位下，判断机械臂的末端位姿序列中是否各点均存在运动学逆解且满足各轴关节角度限制。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述根据整个系统的运动学模型及实际作业任务确定移动平台相对实际作业任务的可达站位空间的具体过程为：首先根据机械臂运动学模型绘制机械臂的可达工作空间云图；然后根据实际作业任务的尺寸、机械臂安装在移动平台上的位置和机械臂末端打印工具的尺寸确定移动平台相对作业任务的可达站位空间；移动平台相对作业任务的可达站位空间转化为移动平台坐标系在墙体坐标系下的位姿：

式中：x中y为移动平台坐标系的原点在墙体坐标系下的位置，θ为移动平台坐标系相对于墙体坐标系竖直方向Z轴的姿态旋转角度，r表示移动平台相对于作业任务的站位空间的最远距离。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述机械臂运动学模型列出机械臂的逆运动学方程的具体步骤为：首先根据机械臂运动学模型列出机械臂的正运动学方程，然后根据代数法进行机械臂逆运动学求解，得机械臂逆运动学方程：

式中：θ₁、θ₂、θ₃、θ₄、θ₅、θ₆为各个关节的角度值，为第一连杆坐标系相对机械臂基坐标系的齐次变换矩阵，为第二连杆坐标系相对第一连杆坐标系的齐次变换矩阵，为第三连杆坐标系相对第二连杆坐标系的齐次变换矩阵，为第四连杆坐标系相对第三连杆坐标系的齐次变换矩阵，为第五连杆坐标系相对第六连杆坐标系的齐次变换矩阵，为第六连杆坐标系相对第五连杆坐标系的齐次变换矩阵，为第六连杆坐标系相对机械臂基坐标系的齐次变换矩阵：