本發(fā)明涉及靜力學(xué)優(yōu)化設(shè)計領(lǐng)域，具體是涉及一種基于靜力學(xué)分析的蛇形機器人驅(qū)動繩索的計算方法。

背景技術(shù)：

1、蛇形機器人是一款可在狹窄空間環(huán)境下作業(yè)的多關(guān)節(jié)高冗余機器人。隨著蛇形機器人關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動，穿過機械臂轉(zhuǎn)盤處的驅(qū)動繩索會產(chǎn)生巨大的摩擦力，摩擦力的大小會因為轉(zhuǎn)角的增大變得巨大，對驅(qū)動繩索產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的損傷，當(dāng)損傷達(dá)到一定值時，會引起驅(qū)動繩索的斷裂從而使整個機械結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)重破壞，導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。所以從設(shè)備安全性的考慮出發(fā)，對蛇形臂力學(xué)問題分析是不可忽視的。

2、對于蛇形機器人來說研究正逆運動學(xué)的比較多，相對的一些力學(xué)研究較為薄弱，由于驅(qū)動繩索的受力是一個非線性約束問題，無法通過特定的公式對驅(qū)動繩索受力進(jìn)行直接求解，這時采用非線性優(yōu)化算法可以根據(jù)約束條件求得驅(qū)動繩索的受力優(yōu)化結(jié)果，從而起到對蛇形機器人的可靠性起到提升的作用。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本申請實施例提供了一種基于靜力學(xué)分析的蛇形機器人驅(qū)動繩索的計算方法,采用非線性優(yōu)化方法，對所述靜力學(xué)模型中的驅(qū)動繩索最大受力進(jìn)行約束，得到模型的輸出量即驅(qū)動繩索的受力情況。所述技術(shù)方案如下:

2、根據(jù)本申請的一個方面,提供了一種基于靜力學(xué)分析的蛇形機器人驅(qū)動繩索的計算方法,該方法包括:

3、獲取待求取靜力學(xué)問題的已知量，以及將已知量進(jìn)行去物理化得到的模型輸入量；

4、根據(jù)幾何信息、搭建蛇形機器人靜力學(xué)模型以及驅(qū)動繩索的摩擦力求解模型；

5、采用非線性優(yōu)化方法，對所述靜力學(xué)模型中的驅(qū)動繩索最大受力進(jìn)行約束，得到模型的輸出量即驅(qū)動繩索的受力情況。

6、根據(jù)本申請的一個方面,提供了一種基于靜力學(xué)分析的蛇形機器人驅(qū)動繩索的計算裝置,該裝置包括:

7、獲取模塊：獲取待求取靜力學(xué)問題的已知量，以及將已知量進(jìn)行去物理化得到的模型輸入量。

8、構(gòu)建模塊：根據(jù)幾何信息、搭建蛇形機器人靜力學(xué)模型以及驅(qū)動繩索的摩擦力求解模型；

9、求解模塊：采用非線性優(yōu)化方法，對所述靜力學(xué)模型中的驅(qū)動繩索最大受力進(jìn)行約束，得到模型的輸出量即驅(qū)動繩索的受力情況。

10、依據(jù)本申請的一方面，提供了一種基于靜力學(xué)分析的蛇形機器人驅(qū)動繩索的計算裝置，應(yīng)用于計算靜力學(xué)求解系統(tǒng)，所述非線性優(yōu)化算法對所述蛇形機器人靜力學(xué)求解模型，所述裝置包括：

11、獲取模塊：獲取待求取靜力學(xué)問題的已知量，以及將已知量進(jìn)行去物理化得到的模型輸入量；

12、構(gòu)建模塊：根據(jù)幾何信息、搭建蛇形機器人靜力學(xué)模型以及驅(qū)動繩索的摩擦力求解模型；

13、求解模塊：采用非線性優(yōu)化方法，對所述靜力學(xué)模型中的驅(qū)動繩索最大受力進(jìn)行約束，得到模型的輸出量即驅(qū)動繩索的受力情況。

14、根據(jù)本申請的一方面，提供了一種計算機設(shè)備,該計算機設(shè)備包括處理器和存儲器,存儲器中存儲有至少一條程序代碼,程序代碼由所述處理器加載并執(zhí)行如上所述的機器人的靜力學(xué)優(yōu)化計算方法。

15、根據(jù)本申請的一方面，提供一種計算機可讀存儲介質(zhì)，該計算機可讀存儲介質(zhì)中存儲由至少一條程序代碼,程序代碼由處理器加載并執(zhí)行以實現(xiàn)如上所述的蛇形機器人的靜力學(xué)優(yōu)化計算方法。

16、本申請實施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果至少包括：

17、通過采用非線性優(yōu)化方法對驅(qū)動繩索的受力進(jìn)行優(yōu)化，使保證直接作用于連桿上的三根驅(qū)動繩索受力的最大值在滿足蛇形機器人的運動的前提下達(dá)到最小值，并保證三根驅(qū)動繩索受力最小值滿足連桿所需預(yù)緊力，通過降低最大值的方法來改善驅(qū)動繩索的力學(xué)性能。最終通過后端遍歷的結(jié)果得到蛇形機器人在靜止條件下所有驅(qū)動繩索的優(yōu)化受力情況。

技術(shù)特征：

1.一種基于靜力學(xué)分析的蛇形機器人驅(qū)動繩索的計算方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計算方法，其特征在于，所述采用非線性優(yōu)化方法，對所述靜力學(xué)模型中的驅(qū)動繩索最大受力進(jìn)行約束，得到模型的輸出量即驅(qū)動繩索的受力情況，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要2所述的計算方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)信息，對所述靜力學(xué)模型中的驅(qū)動繩索受力平衡方程進(jìn)行非線性優(yōu)化處理，得到所述模型優(yōu)化后的驅(qū)動繩索的受力信息，包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一所述的計算方法，其特征在于，所述根據(jù)幾何信息，搭建蛇形機器人靜力學(xué)模型以及驅(qū)動繩索的摩擦力求解模型，包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的計算方法，其特征在于，所述蛇形機器人的靜力學(xué)模型，包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的計算方法，其特征在于，所述蛇形機器人的摩擦模型，包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的計算方法，其特征在于，所述蛇形機器人的摩擦模型，包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求1至2任一所述計算方法，其特征在于，所述采用非線性優(yōu)化方法，對所述靜力學(xué)模型中的驅(qū)動繩索最大受力進(jìn)行約束，得到模型的輸出量即驅(qū)動繩索的受力情況，包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一所述的計算方法，其特征在于，所述方法包括蛇形機器人的運動學(xué)模型，確定所述蛇形機器人的幾何信息，包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的計算方法，其特征在于，所述根據(jù)所述變換矩陣,構(gòu)建所述蛇形機器人的運動學(xué)模型，包括：

11.一種基于靜力學(xué)分析的蛇形機器人驅(qū)動繩索的計算裝置，其特征在于，應(yīng)用于計算靜力學(xué)求解系統(tǒng)，所述非線性優(yōu)化算法對所述蛇形機器人靜力學(xué)求解模型，所述裝置包括：

12.一種計算機設(shè)備,其特征在于,所述計算機設(shè)備包括處理器和存儲器,所述存儲器中存儲有至少一條程序代碼,所述程序代碼由所述處理器加載并執(zhí)行以實現(xiàn)如權(quán)利要求1至10中任一項所述的蛇形機器人的靜力學(xué)優(yōu)化計算方法。

13.一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其特征在于，所述計算機可讀存儲介質(zhì)中存儲由至少一條程序代碼,所述程序代碼由處理器加載并執(zhí)行以實現(xiàn)如權(quán)利要求1至10中任一項所述的蛇形機器人的靜力學(xué)優(yōu)化計算方法。

技術(shù)總結(jié)
本算法發(fā)明公開了一種基于靜力學(xué)分析的蛇形機器人驅(qū)動繩索的計算方法,蛇形機器人關(guān)節(jié)在繩索的驅(qū)動下進(jìn)行運動，各個關(guān)節(jié)實現(xiàn)相對轉(zhuǎn)動且相互耦合影響，從而達(dá)到預(yù)定的工作位姿。此算法在運動學(xué)上進(jìn)行前端遍歷得到蛇形機器人的關(guān)節(jié)位姿信息以及相鄰關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)換矩陣，再由后端遍歷對關(guān)節(jié)受力進(jìn)行分析，從而采用非線性優(yōu)化方法對驅(qū)動繩索的受力進(jìn)行優(yōu)化，使保證直接作用于連桿上的三根驅(qū)動繩索受力的最大值在滿足蛇形機器人的運動的前提下達(dá)到最小值，并保證三根驅(qū)動繩索受力最小值滿足連桿所需預(yù)緊力，通過降低最大值的方法來改善驅(qū)動繩索的力學(xué)性能。最終通過后端遍歷的結(jié)果得到蛇形機器人在靜止條件下所有驅(qū)動繩索的優(yōu)化受力情況。

技術(shù)研發(fā)人員：姜潮,楊廷貴,萬德濤,胡德安,廖智忠
受保護(hù)的技術(shù)使用者：湖南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/6/30