[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

说明书

本发明属于移动机械臂技术领域，具体涉及一种基于刚度性能优化的移动机械臂站位规划方法；本发明根据建立的坐标系，建立整个系统的运动学模型，根据整个系统的运动学模型计算移动平台相对作业任务的理论可达站位空间，在根据机械臂的逆运动学方程对理论可达站位空间进行验证；然后根据整个系统的力学模型提出以机械臂末端沿Z轴方向的变形量为机械臂刚度评价指标，求出移动平台坐标系在墙体坐标系不同位姿下的机械臂末端沿Z轴方向的变形量，以移动平台坐标系在墙体坐标系位姿下的机械臂末端沿Z轴方向的最小变形量为最优站位；本发明的目的在于公开一种移动机械臂系在统执行多种实际作业场景中为提高整体作业精度，而提出的基于刚度性能优化的移动机械臂站位规划方法。

技术领域

本发明属于移动机械臂技术领域，具体涉及一种基于刚度性能优化的移动机械臂站位规划方法。

背景技术

现如今，随着技术的发展，越来越多实际作业场景中将六自由度工业机器人的操作能力和移动平台的移动能力相结合，形成了一种冗余自由度移动机械臂系统；该系统实现了末端工作空间大、工作效率和灵活性高、系统低功耗和低成本的有机结合；在进行作业任务时，由于系统的冗余性，面对同一作业任务，存在多个移动平台相对于该作业任务的停靠点均能完成任务，当其运动到提前规划好的停靠点静止后，此时在该停靠点对应移动平台相对于墙体的位姿被称为站位；再由工业机器人完成该作业任务，如此循环交替工作，直至完成全部作业，但该系统同时也将面临如下问题：与固定基座机械臂相比，该系统为融合了六自由度工业机器人和移动平台的冗余自由度系统，附加了移动平台相对于任务的站位移动环节；现如今关于移动机械臂站位规划还是依靠人工根据现场情况进行移动平台的站位布置，难以规划至最优的站位，而产生了移动平台站位移动次数多、整体作业精度低和效率低等问题；因此，必须针对各种作业任务开发一种普适性的算法来对移动平台相对于具体任务的站位进行优化，从而以最高的工作效率、作业精度实现作业任务。

发明内容

本发明的目的在于提供一种移动机械臂系在统执行多种实际作业场景中为提高整体作业精度，而提出的基于刚度性能优化的移动机械臂站位规划方法。

基于上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于刚度性能优化的移动机械臂站位规划方法，包括如下步骤：

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；

步骤(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所需打印墙体的可达站位空间；

步骤(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；

步骤(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；

步骤(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工作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。

优选的，机械臂为六连杆机械臂，根据改进的DH参数法分别确定机械臂各连杆坐标系；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；机械臂各连杆坐标系包括第一连杆坐标系、第二连杆坐标系、第三连杆坐标系、第四连杆坐标系、第五连杆坐标系和第六连杆坐标系；第一连杆坐标系、第二连杆坐标系、第三连杆坐标系、第四连杆坐标系、第五连杆坐标系和第六连杆坐标系分别对应机械臂的第一连杆、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运动学模型，即