四自由度碼垛機器人工作空間合理程度的量化評價方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種四自由度碼垛機器人工作空間合理程度的量化評價方法，其特征是首先按D-H法分別建立待評價各四自由度碼垛機器人的坐標(biāo)系，在坐標(biāo)系中通過四自由度碼垛機器人的實際工作空間與矩形任務(wù)空間的對比確定其是否能夠達到預(yù)期基本要求；利用四自由度碼垛機器人實際工作空間的空間利用率H、左側(cè)輪廓線斜率絕對值K以及形心偏移率e對四自由度碼垛機器人的工作空間合理程度進行量化評價。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際工作空間的合理程度，為四自由度碼垛機器人的選型提供參考，對四自由度碼垛機器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計有指導(dǎo)意義。
【專利說明】四自由度碼垛機器人工作空間合理程度的量化評價方法

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

【背景技術(shù)】
[0002] 工作空間是碼垛機器人的一項重要屬性，反映了碼垛機器人的工作范圍。在對碼 垛機器人進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，工程師通常首先根據(jù)用戶提出的矩形任務(wù)空間對碼垛機器人進 行設(shè)計，使碼垛機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 直接影響碼垛機器人的整體性能和碼垛機器人的生產(chǎn)、使用成本。
[0003] 針對四自由度碼垛機器人的工作空間的研究，李金泉等人編著的《碼垛機器人機 械結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng)設(shè)計》中采用數(shù)值方法對TH50碼垛機器人的工作空間進行了求解分析， 并提出了機器人工作空間影響系數(shù)的概念。朱素霞的《IRB660型碼垛機器人的運動學(xué)與動 力學(xué)分析》中分析了 IRB660機器人的結(jié)構(gòu)參數(shù)對工作空間的影響并計算了相應(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)線布置方面對工作空間進行了分析。
[0004] 上述關(guān)于四自由度碼垛機器人工作空間的研究，都是圍繞碼垛機器人結(jié)構(gòu)參數(shù)變 化對其工作空間幾何特征的影響進行分析。但是迄今為止，尚未見對四自由度碼垛機器人 工作空間合理程度進行量化分析評價的方法，因此，在以往針對該類型碼垛機器人工作空 間進行優(yōu)化設(shè)計時只能進行定性的評價和優(yōu)化，而無法對該類型碼垛機器人的工作空間進 行量化的優(yōu)化設(shè)計。


【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器人工 作空間合理程度的量化評價方法，對于給定的多個四自由度碼垛機器人，針對用戶提出的 矩形任務(wù)空間，分析各碼垛機器人的實際工作空間的幾何特征判斷各實際工作空間的合理 程度。通過對各四自由度碼垛機器人的實際工作空間與矩形任務(wù)空間進行對比分析，量化 評價各實際工作空間的合理程度，為四自由度碼垛機器人的選型和優(yōu)化設(shè)計提供參考。
[0006] 本發(fā)明解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案：
[0007] 本發(fā)明四自由度碼垛機器人工作空間合理程度的量化評價方法的特點是按如下 步驟進行：
[0008] 按D-H法分別建立待評價各四自由度碼垛機器人的坐標(biāo)系；
[0009] 取D-H坐標(biāo)系下各四自由度碼垛機器人在XOZ截面中的工作空間為對應(yīng)四自由度 碼垛機器人的實際工作空間，所述實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段線為實際工作空間的上方輪廓線，第2段線為實際工作空間的右側(cè)輪廓線， 第3段線為實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] 針對設(shè)定的矩形任務(wù)空間，按如下步驟評價各四自由度碼垛機器人的實際工作空 間的合理程度 ：
[0012] 步驟a、在XOZ截面中按照平行于X軸和Z軸的方向移動矩形任務(wù)空間，將各實際 工作空間與所述矩形任務(wù)空間逐一進行比較，排除不能完全包含矩形任務(wù)空間的實際工作 空間，對于能夠完全包含矩形任務(wù)空間的實際工作空間按步驟b的方法進行比較；
[0013] 步驟b、記矩形任務(wù)空間面積為S、實際工作空間面積為Sw，以實際工作空間的 空間利用率H作為四自由度碼垛機器人的實際工作空間合理程度的評價指標(biāo)，所述實際 工作空間的空間利用率H越大判斷為四自由度碼垛機器人的實際工作空間越為合理，

【權(quán)利要求】
1. 四自由度碼垛機器人工作空間合理程度的量化評價方法，其特征是按如下步驟進 行： 按D-H法分別建立待評價各四自由度碼垛機器人的坐標(biāo)系； 取D-H坐標(biāo)系下各四自由度碼垛機器人在XOZ截面中的工作空間為對應(yīng)四自由度碼垛 機器人的實際工作空間，所述實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段線為實際工作空間的上方輪廓線，第2段線為實際工作空間的右側(cè)輪廓線，第3段 線為實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 實際工作空間的左側(cè)輪廓線； 設(shè)定所述四自由度碼垛機器人在所述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； 針對設(shè)定的矩形任務(wù)空間，按如下步驟評價各四自由度碼垛機器人的實際工作空間的 合理程度： 步驟a、在XOZ截面中按照平行于X軸和Z軸的方向移動矩形任務(wù)空間，將各實際工 作空間與所述矩形任務(wù)空間逐一進行比較，排除不能完全包含矩形任務(wù)空間的實際工作空 間，對于能夠完全包含矩形任務(wù)空間的實際工作空間按步驟b的方法進行比較； 步驟b、記矩形任務(wù)空間面積為實際工作空間面積為Sw，以實際工作空間的空 間利用率H作為四自由度碼垛機器人的實際工作空間合理程度的評價指標(biāo)，所述實際 工作空間的空間利用率H越大判斷為四自由度碼垛機器人的實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器人工作空間合理程度的量化評價方法，其 特征是： 若待評價各四自由度碼垛機器人的實際工作空間的空間利用率H均相等，則按以下方 式繼續(xù)進行比較： 記實際工作空間中第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所在位置對應(yīng)點的Z軸值分別為Z4和Z6，以實際工作空間的左側(cè)輪廓 線斜率絕對值K作為四自由度碼垛機器人的實際工作空間合理程度的第二評價指標(biāo)，所述 實際工作空間的左側(cè)輪廓線斜率絕對值K越大，判斷為四自由度碼垛機器人的實際工作空 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器人工作空間合理程度的量化評價方法，其 特征是： 若待評價各四自由度碼垛機器人的實際工作空間的左側(cè)輪廓線斜率絕對值K均相等， 則按如下方式繼續(xù)進行比較： 將所述矩形任務(wù)空間在XOZ截面中按照平行于X軸和Z軸的方向進行移動，使得實 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，以實際工作空間的形心 偏移率e作為四自由度碼垛機器人的實際工作空間合理程度的第三評價指標(biāo)，所述實際 工作空間的形心偏移率e越小，判斷為四自由度碼垛機器人的實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】G06F19/00GK104462838SQ201410790302
【公開日】2015年3月25日 申請日期: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 申請人:合肥工業(yè)大學(xué)