[发明专利]基于代理模型的被动柔顺机械手腕设计方法

权利要求书

1.一种基于代理模型的被动柔顺机械手腕设计方法，该方法包括如下步骤：

S1：应用SolidWorks软件设计柔顺机械手腕的形状，确定柔顺机械手腕的基础三维模型，该柔顺机械手腕整体呈倒U形的一体弯曲板状结构，两侧为方形平板部；上部U形弯曲部的中间为较窄的虚拟铰接点，从该铰接点向两侧逐步向下弯曲并变宽呈蝴蝶结状；

S2：根据S1设计的柔顺机械手腕的基础三维模型，利用SolidWorks软件的二次开发技术建立参数化驱动的柔顺机械手腕模型的生成程序，具体参数选用两方形平板内表面间距A、弯曲部的内圆弧面高度B、板材的厚度C、平板部的高度D、平板部的宽度E、和弯曲部虚拟铰接点两侧到边沿的切除宽度H的尺寸参数；

S3：根据S2中的参数化驱动的柔顺机械手腕的建模过程规律，在ANSYS软件中用APDL语言编写柔顺机械手腕的参数化模型生成程序，并利用参数化模型生成程序的生成参数化模型；

S4：在S3的参数化模型的基础上，在ANSYS软件中用APDL语言编写柔顺机械手腕的静力学分析程序；

S5：将S3的生成参数化模型，在ANAYS软件中应用静力学分析程序实施静力学分析，将柔顺机械手腕一个平板部设为固定，在另一自由平板部外表面中心加载载荷，载荷为X、Y、Z三个方形的力和扭矩，并将得到的形变结果与柔顺机械手腕的尺寸参数和柔顺机械手腕载荷作为数据逐条保存到文档中；

S6：把S5中的文档的数据导入到MATLAB神经网络工具箱中训练神经BP网络模型，得出反映输入与输出之间的关系的神经BP网络模型，并保存此神经BP网络模型；此处的输入为：柔顺机械手腕的载荷和形变；输出为：柔顺机械手腕的尺寸参数；

S7：依据S6中的神经BP网络模型，根据柔顺机械手腕的实际工况确定其载荷、以及形变的限制性要求，用sim函数将预期的载荷和形变作为输入变量导入神经BP网络模型，输出的向量即为预测的柔顺机械手腕的尺寸参数；

S8：依据预测的尺寸参数，调用S2中的参数化驱动的柔顺机械手腕模型的生成程序形成柔顺机械手腕的设计模型，完成柔顺机械手腕的三维模型设计；

S9：设计图形用户界面，将上述S2-S8过程封装，实现人机交互。

2.如权利要求1所述的一种基于代理模型的被动柔顺机械手腕设计方法，其特征在于，步骤S1具体为：

根据柔性铰链被动柔顺的要求与能力，设计具有柔顺作用的柔顺机械手腕的形状及初步确定柔顺机械手腕的尺寸；并确定柔顺机械手腕的主要尺寸作为尺寸参数供参数化建模使用。

3.如权利要求1所述的一种基于代理模型的被动柔顺机械手腕设计方法，其特征在于，步骤S2具体为：

S2.1 在SolidWorks中打开宏录制按钮，然后在前视基准面中按照S1中设计的方案建立柔顺机械手腕的基础模型；

S2.2 将录制好的宏文件保存为*.swp文件，然后把不需要的代码删除修改调试，添加包括柔顺机械手腕尺寸参数的宏文件窗体以及控件实现人机交互。

4.如权利要求1所述的一种基于代理模型的被动柔顺机械手腕设计方法，其特征在于，步骤S3具体为：

S3.1 编写程序控制的模型

按照SolidWorks优化的方案，在ANSYS中编写参数化模型生成程序，实现在ANSYS中的参数化建模；

S3.2 参数化建模

修改S3.1中的参数化建模程序，将柔顺机械手腕的尺寸参数用字母A、B、C、D、E和H表示，并且设置每个参数的区间和每次增长的步长，使用DO循环命令实现大量由参数化驱动生成的柔顺机械手腕模型。