四自由度碼垛機(jī)器人工作空間合理程度的量化評(píng)價(jià)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種四自由度碼垛機(jī)器人工作空間合理程度的量化評(píng)價(jià)方法，其特征是首先按D-H法分別建立待評(píng)價(jià)各四自由度碼垛機(jī)器人的坐標(biāo)系，在坐標(biāo)系中通過(guò)四自由度碼垛機(jī)器人的實(shí)際工作空間與矩形任務(wù)空間的對(duì)比確定其是否能夠達(dá)到預(yù)期基本要求；利用四自由度碼垛機(jī)器人實(shí)際工作空間的空間利用率H、左側(cè)輪廓線斜率絕對(duì)值K以及形心偏移率e對(duì)四自由度碼垛機(jī)器人的工作空間合理程度進(jìn)行量化評(píng)價(jià)。本發(fā)明方法可以在設(shè)定的矩形任務(wù)空間的條件下直觀、快速地判斷給定的實(shí)際工作空間的合理程度，為四自由度碼垛機(jī)器人的選型提供參考，對(duì)四自由度碼垛機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有指導(dǎo)意義。
【專利說(shuō)明】四自由度碼垛機(jī)器人工作空間合理程度的量化評(píng)價(jià)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種具有四自由度碼垛機(jī)器人的工作空間合理程度的量化評(píng)價(jià)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 工作空間是碼垛機(jī)器人的一項(xiàng)重要屬性，反映了碼垛機(jī)器人的工作范圍。在對(duì)碼 垛機(jī)器人進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，工程師通常首先根據(jù)用戶提出的矩形任務(wù)空間對(duì)碼垛機(jī)器人進(jìn) 行設(shè)計(jì)，使碼垛機(jī)器人的工作空間可以完全包含要求的矩形任務(wù)空間。工作空間是否合理 直接影響碼垛機(jī)器人的整體性能和碼垛機(jī)器人的生產(chǎn)、使用成本。
[0003] 針對(duì)四自由度碼垛機(jī)器人的工作空間的研究，李金泉等人編著的《碼垛機(jī)器人機(jī) 械結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)》中采用數(shù)值方法對(duì)TH50碼垛機(jī)器人的工作空間進(jìn)行了求解分析， 并提出了機(jī)器人工作空間影響系數(shù)的概念。朱素霞的《IRB660型碼垛機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng) 力學(xué)分析》中分析了 IRB660機(jī)器人的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)工作空間的影響并計(jì)算了相應(yīng)的影響系 數(shù)°張良安的〈〈Layout analysis and path planning of a robot palletizing production line》從生產(chǎn)線布置方面對(duì)工作空間進(jìn)行了分析。
[0004] 上述關(guān)于四自由度碼垛機(jī)器人工作空間的研究，都是圍繞碼垛機(jī)器人結(jié)構(gòu)參數(shù)變 化對(duì)其工作空間幾何特征的影響進(jìn)行分析。但是迄今為止，尚未見(jiàn)對(duì)四自由度碼垛機(jī)器人 工作空間合理程度進(jìn)行量化分析評(píng)價(jià)的方法，因此，在以往針對(duì)該類型碼垛機(jī)器人工作空 間進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)只能進(jìn)行定性的評(píng)價(jià)和優(yōu)化，而無(wú)法對(duì)該類型碼垛機(jī)器人的工作空間進(jìn) 行量化的優(yōu)化設(shè)計(jì)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明是為了避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，提供一種四自由度碼垛機(jī)器人工 作空間合理程度的量化評(píng)價(jià)方法，對(duì)于給定的多個(gè)四自由度碼垛機(jī)器人，針對(duì)用戶提出的 矩形任務(wù)空間，分析各碼垛機(jī)器人的實(shí)際工作空間的幾何特征判斷各實(shí)際工作空間的合理 程度。通過(guò)對(duì)各四自由度碼垛機(jī)器人的實(shí)際工作空間與矩形任務(wù)空間進(jìn)行對(duì)比分析，量化 評(píng)價(jià)各實(shí)際工作空間的合理程度，為四自由度碼垛機(jī)器人的選型和優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。
[0006] 本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案：
[0007] 本發(fā)明四自由度碼垛機(jī)器人工作空間合理程度的量化評(píng)價(jià)方法的特點(diǎn)是按如下 步驟進(jìn)行：
[0008] 按D-H法分別建立待評(píng)價(jià)各四自由度碼垛機(jī)器人的坐標(biāo)系；
[0009] 取D-H坐標(biāo)系下各四自由度碼垛機(jī)器人在XOZ截面中的工作空間為對(duì)應(yīng)四自由度 碼垛機(jī)器人的實(shí)際工作空間，所述實(shí)際工作空間是由六段弧線圍成的處在XOZ截面中的封 閉區(qū)域，所述六段弧線分別是第1段線、第2段線、第3段線、第4段線、第5段線和第6段 線；所述第1段線為實(shí)際工作空間的上方輪廓線，第2段線為實(shí)際工作空間的右側(cè)輪廓線， 第3段線為實(shí)際工作空間的下方輪廓線，第4段線、第5段線和第6段線按自上而下依次聯(lián) 接構(gòu)成實(shí)際工作空間的左側(cè)輪廓線；
[0010] 設(shè)定所述四自由度碼垛機(jī)器人在所述XOZ截面中的任務(wù)空間為矩形任務(wù)空間，所 述矩形任務(wù)空間中相鄰的兩側(cè)邊分別平行于Z軸和X軸；
[0011] 針對(duì)設(shè)定的矩形任務(wù)空間，按如下步驟評(píng)價(jià)各四自由度碼垛機(jī)器人的實(shí)際工作空 間的合理程度 ：
[0012] 步驟a、在XOZ截面中按照平行于X軸和Z軸的方向移動(dòng)矩形任務(wù)空間，將各實(shí)際 工作空間與所述矩形任務(wù)空間逐一進(jìn)行比較，排除不能完全包含矩形任務(wù)空間的實(shí)際工作 空間，對(duì)于能夠完全包含矩形任務(wù)空間的實(shí)際工作空間按步驟b的方法進(jìn)行比較；
[0013] 步驟b、記矩形任務(wù)空間面積為S、實(shí)際工作空間面積為Sw，以實(shí)際工作空間的 空間利用率H作為四自由度碼垛機(jī)器人的實(shí)際工作空間合理程度的評(píng)價(jià)指標(biāo)，所述實(shí)際 工作空間的空間利用率H越大判斷為四自由度碼垛機(jī)器人的實(shí)際工作空間越為合理，

【權(quán)利要求】
1. 四自由度碼垛機(jī)器人工作空間合理程度的量化評(píng)價(jià)方法，其特征是按如下步驟進(jìn) 行： 按D-H法分別建立待評(píng)價(jià)各四自由度碼垛機(jī)器人的坐標(biāo)系； 取D-H坐標(biāo)系下各四自由度碼垛機(jī)器人在XOZ截面中的工作空間為對(duì)應(yīng)四自由度碼垛 機(jī)器人的實(shí)際工作空間，所述實(shí)際工作空間是由六段弧線圍成的處在XOZ截面中的封閉區(qū) 域，所述六段弧線分別是第1段線、第2段線、第3段線、第4段線、第5段線和第6段線；所 述第1段線為實(shí)際工作空間的上方輪廓線，第2段線為實(shí)際工作空間的右側(cè)輪廓線，第3段 線為實(shí)際工作空間的下方輪廓線，第4段線、第5段線和第6段線按自上而下依次聯(lián)接構(gòu)成 實(shí)際工作空間的左側(cè)輪廓線； 設(shè)定所述四自由度碼垛機(jī)器人在所述XOZ截面中的任務(wù)空間為矩形任務(wù)空間，所述矩 形任務(wù)空間中相鄰的兩側(cè)邊分別平行于Z軸和X軸； 針對(duì)設(shè)定的矩形任務(wù)空間，按如下步驟評(píng)價(jià)各四自由度碼垛機(jī)器人的實(shí)際工作空間的 合理程度： 步驟a、在XOZ截面中按照平行于X軸和Z軸的方向移動(dòng)矩形任務(wù)空間，將各實(shí)際工 作空間與所述矩形任務(wù)空間逐一進(jìn)行比較，排除不能完全包含矩形任務(wù)空間的實(shí)際工作空 間，對(duì)于能夠完全包含矩形任務(wù)空間的實(shí)際工作空間按步驟b的方法進(jìn)行比較； 步驟b、記矩形任務(wù)空間面積為實(shí)際工作空間面積為Sw，以實(shí)際工作空間的空 間利用率H作為四自由度碼垛機(jī)器人的實(shí)際工作空間合理程度的評(píng)價(jià)指標(biāo)，所述實(shí)際 工作空間的空間利用率H越大判斷為四自由度碼垛機(jī)器人的實(shí)際工作空間越為合理， //=Ix 100%,,
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的四自由度碼垛機(jī)器人工作空間合理程度的量化評(píng)價(jià)方法，其 特征是： 若待評(píng)價(jià)各四自由度碼垛機(jī)器人的實(shí)際工作空間的空間利用率H均相等，則按以下方 式繼續(xù)進(jìn)行比較： 記實(shí)際工作空間中第4段線和第6段線的X軸方向最大值分別為maXX4、maxX6，所述最 大值HiaxX4和HiaxX6所在位置對(duì)應(yīng)點(diǎn)的Z軸值分別為Z4和Z6，以實(shí)際工作空間的左側(cè)輪廓 線斜率絕對(duì)值K作為四自由度碼垛機(jī)器人的實(shí)際工作空間合理程度的第二評(píng)價(jià)指標(biāo)，所述 實(shí)際工作空間的左側(cè)輪廓線斜率絕對(duì)值K越大，判斷為四自由度碼垛機(jī)器人的實(shí)際工作空 間越為合理，
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的四自由度碼垛機(jī)器人工作空間合理程度的量化評(píng)價(jià)方法，其 特征是： 若待評(píng)價(jià)各四自由度碼垛機(jī)器人的實(shí)際工作空間的左側(cè)輪廓線斜率絕對(duì)值K均相等， 則按如下方式繼續(xù)進(jìn)行比較： 將所述矩形任務(wù)空間在XOZ截面中按照平行于X軸和Z軸的方向進(jìn)行移動(dòng)，使得實(shí) 際工作空間與矩形任務(wù)空間的形心距離為形心距離最小值Dmin，以實(shí)際工作空間的形心 偏移率e作為四自由度碼垛機(jī)器人的實(shí)際工作空間合理程度的第三評(píng)價(jià)指標(biāo)，所述實(shí)際 工作空間的形心偏移率e越小，判斷為四自由度碼垛機(jī)器人的實(shí)際工作空間越為合理，
其中：1為矩形任務(wù)空間的寬度，h為矩形任務(wù)空間的高度。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK104462838SQ201410790302
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月17日
【發(fā)明者】盧劍偉, 馬樹全, 燕培磊, 姜平, 谷先廣, 吳勃夫, 胡金芳, 曹興楓 申請(qǐng)人:合肥工業(yè)大學(xué)