[发明专利]一种机器人机构拓扑和尺度同步设计方法

权利要求书

1.一种机器人机构拓扑和尺度同步设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

（ⅰ）定义拓扑参数，基于连续运动，建立机器人机构拓扑模型；

（ⅱ）在拓扑模型的基础上，引入尺度参数，得到运动模型；

（ⅲ）构建机构的性能模型；

（ⅳ）确定拟优化的拓扑和尺度变量；

（ⅴ）建立机器人机构拓扑与尺度同步设计模型；

（ⅵ）对机器人机构拓扑与尺度同步设计模型进行解集搜索；

（ⅶ）获得机构的最优拓扑及其尺度参数。

2.根据权利要求1所述的一种机器人机构拓扑和尺度同步设计方法，其特征在于：步骤（ⅰ）基于连续运动，建立机器人机构的拓扑模型，具体过程如下：

首先，确定建模类型，通过择一的方式进行正向建模或逆向建模；

然后，采用针对若干特定拓扑的正向建模；

或采用针对已知期望运动构建机构拓扑的逆向建模；

最后，构建拓扑特征参数。

3.根据权利要求1所述的一种机器人机构拓扑和尺度同步设计方法，其特征在于：所述拓扑特征参数包括支链数目、支链运动关节的类型、支链运动关节的顺序、运动关节的装配特征、驱动方案。

4.根据权利要求3所述的一种机器人机构拓扑和尺度同步设计方法，其特征在于：步骤（ⅱ）在拓扑模型的基础上，引入尺度参数，具体过程如下：

首先，得到机器人机构拓扑模型；

然后，引入尺度参数，将机器人机构拓扑模型视为由初始状态运动至任意状态；

最后，得到位移模型。

5.根据权利要求1所述的一种机器人机构拓扑和尺度同步设计方法，其特征在于：步骤（ⅱ）还包括得到速度模型、加速度模型，具体过程如下：

首先，求解位移模型的一阶导数，得到速度模型，将拓扑和尺度参数分别传递至速度模型中；

然后，求解位移模型的二阶导数，得到加速度模型，将拓扑和尺度参数分别传递至加速度模型中。

6.根据权利要求5所述的一种机器人机构拓扑和尺度同步设计方法，其特征在于：步骤（ⅲ）构建机构的性能模型，具体过程如下：

首先，得到含有拓扑参数和尺度参数的位移模型、速度模型、加速度模型；

然后，根据位移模型、速度模型、加速度模型，构建含有拓扑参数和尺度参数的性能模型。

7.根据权利要求6所述的一种机器人机构拓扑和尺度同步设计方法，其特征在于：所述性能模型运动学模型、刚度模型和动力学模型。

8.根据权利要求1所述的一种机器人机构拓扑和尺度同步设计方法，其特征在于：步骤（ⅳ）确定拟优化的拓扑和尺度变量，具体过程如下：

首先，得到的位移模型中含有拓扑参数和尺度参数；

然后，基于拓扑特征参数，能够确定拟优化的拓扑和尺度变量。

9.根据权利要求1所述的一种机器人机构拓扑和尺度同步设计方法，其特征在于：步骤（ⅴ）建立机器人机构拓扑与尺度同步设计模型，具体过程如下：

首先，根据应用需求构造相应的性能优化指标；

然后，将待优化的拓扑参数和尺度参数定义为设计变量，确定可行域范围；

再后，定义优化设计的约束条件，约束条件包括性能约束和几何约束；

最后，得到机器人机构拓扑与尺度同步设计模型。

10.根据权利要求1所述的一种机器人机构拓扑和尺度同步设计方法，其特征在于：步骤（ⅵ）对机器人机构拓扑与尺度同步设计模型进行解集搜索，具体过程如下：

首先，利用多目标智能优化算法对机器人机构拓扑与尺度同步设计模型进行解集搜索；

然后，基于博弈论及综合决策方法判断Pareto解集的最优解；

最后，获得机构的最优拓扑及其尺度参数。