支持五連桿機器人協(xié)同設計的單領域設計變更處理方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種支持五連桿機器人協(xié)同設計的單領域設計變更處理方法，首先，確定當前設計變更的變更方案，并根據(jù)該變更方案形成候選設計方案；然后，針對每個領域，根據(jù)五連桿機器人的初始設計方案、候選設計方案判斷是否存在待優(yōu)化的設計目標函數(shù)：若存在，則對候選設計方案進行優(yōu)化得到最優(yōu)設計方案；否則，直接結束當前設計變更處理，或以所述的候選設計方案作為最優(yōu)設計方案，得到最優(yōu)設方案后利用最優(yōu)設計方案對五連桿機器人進行相應的設計變更。本發(fā)明能夠使系統(tǒng)總體設計質量最優(yōu)，且協(xié)同考慮不同領域的變更差量，從而避免多域設計沖突，有效避免五連桿機器人協(xié)同設計中的設計沖突問題，減少了設計反復，提高了設計效率。
【專利說明】支持五連桿機器人協(xié)同設計的單領域設計變更處理方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及機械設計領域，尤其涉及一種支持五連桿機器人協(xié)同設計的單領域設 計變更處理方法。

【背景技術】
[0002] 在五連桿機器人的協(xié)同設計過程中，某單一領域設計人員所提出的設計變更可能 影響其他領域的設計目標，從而容易引起設計沖突，帶來設計的反復迭代。為此，基于設計 人員的原始設計方案，找出相對優(yōu)化的替代方案，對避免設計沖突，提高設計效率起著重要 作用。通常設計人員均由局部目標出發(fā)，基于特定領域的知識結構，提出機械或控制域的設 計變更。由于缺乏其他領域的背景知識，也沒有參與其他領域的設計活動，因此無法預見該 原始設計方案對其他領域設計目標的潛在影響，從而容易導致設計沖突的出現(xiàn)。
[0003] 在現(xiàn)有的設計沖突自動處理方法中，僅通過預定義的決策標準從已有的若干設計 方案中選擇某特定方案，無法生成更優(yōu)的設計方案。而其他的設計沖突非自動處理方法中， 往往通過增加多域設計人員之間的信息共享來降低設計沖突的可能性，或由設計人員直接 從現(xiàn)有若干方案中選取特定方案。若要產(chǎn)生新的設計方案，則需要設計人員相互溝通，人工 生成新的設計方案。因此，現(xiàn)有的設計沖突處理方法均不能自動生成更優(yōu)的設計方案。
[0004] 對五連桿機器人的協(xié)同設計而言，由于需要機械和控制兩個領域的設計人員的共 同參與。在設計過程中，設計沖突幾乎無法避免。因此，必須提出有效的設計變更自動處理 方法，降低設計沖突出現(xiàn)的概率，同時降低設計人員的負擔。同時，得到的最優(yōu)設計方案需 盡可能提高五連桿機器人的總體設計質量。目前的設計變更處理方法僅從現(xiàn)有設計變更中 進行選擇，無法獲得更優(yōu)的設計方案，不能解決設計沖突。


【發(fā)明內容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供了一種支持五連桿機器人協(xié)同設計的單領域設 計變更處理方法。
[0006] -種支持五連桿機器人協(xié)同設計的單領域設計變更處理方法，包括如下步驟：
[0007] (1)確定當前設計變更時五連桿機器人需要進行設計變更的變更方案，并根據(jù)所 述的變更方案形成候選設計方案；
[0008] (2)針對每個領域，根據(jù)五連桿機器人的初始設計方案、候選設計方案以及該領域 的設計目標函數(shù)計算相應領域的變更差量；（3)根據(jù)變更差量判斷是否存在待優(yōu)化的設計 目標函數(shù)，并根據(jù)判斷結果進行如下操作：
[0009] (a)若存在，則對候選設計方案進行優(yōu)化得到最優(yōu)設計方案，利用最優(yōu)設計方案對 五連桿機器人進行相應的設計變更；
[0010] (b)否則，直接結束當前設計變更處理，或以所述的候選設計方案作為最優(yōu)設計方 案，并利用最優(yōu)設計方案對五連桿機器人進行相應的設計變更。
[0011] 本發(fā)明中所指的結束當前設計變更處理認為是停止當前設計變更。
[0012] 本發(fā)明所述的領域指設計領域，如機械領域、控制領域等。對五連桿機器人進行設 計變更時，可以對單個領域進行，也可以同時對若干個領域進行。每個領域的設計變更方案 由相應領域的設計人員提供。
[0013] 本發(fā)明的方法只適用于協(xié)同設計中的單一領域提出的設計變更的處理，即對應的 變更方案中參與設計變更的設計變量為同一領域的設計變量（由單一領域的設計人員提 出，而沒有來自其他領域的設計變更）。
[0014] 本發(fā)明的支持五連桿機器人多域協(xié)同設計的單領域設計變更處理方法，針對單一 領域設計人員提出的變更方案處理如下：由五連桿機器人系統(tǒng)優(yōu)化模型計算系統(tǒng)優(yōu)化目標 值，并構造新的系統(tǒng)優(yōu)化模型，求解該模型獲得最優(yōu)值形成相應的最優(yōu)設計方案對初始設 計方案進行設計變更。該單領域設計變更處理方法能有效降低設計沖突，同時還大大提高 了系統(tǒng)總體設計質量。
[0015] 設計變更方案包含設計人員給出的欲改變的設計變量集合（即包含參與設計變 更的設計變量的集合），同時應該給出設計變量變更后的取值。
[0016] 根據(jù)變更方案形成候選設計方案時，對于設計變量集合內的設計變量直接取給出 的值，對于設計變量集合以外的設計變量，取初始設計方案中相應的取值。
[0017] 本發(fā)明中當存在待優(yōu)化的設計目標函數(shù)時，認為候選設計方案不是最優(yōu)的，因此 通過對待優(yōu)化的設計目標函數(shù)構進行優(yōu)化，進而實現(xiàn)對變更方案對應的設計方案的優(yōu)化， 保證按照變更方案進行設計變更后能夠提高系統(tǒng)質量。
[0018] 本發(fā)明實質上是一種五連桿機器人的輔助設計方法，提出以五連桿系統(tǒng)優(yōu)化模 型為依據(jù)，以機械和控制子系統(tǒng)最優(yōu)設計目標為導向，構造新的系統(tǒng)優(yōu)化模型（即設計方 案），并求得滿足系統(tǒng)最優(yōu)解。通過精確計算可避免人工調節(jié)設計變量，提高設計效率，從而 在高效設計的情況下制造五連桿機器人。
[0019] 所述的設計方案包括五連桿機器人所有設計變量的取值；
[0020] 所述的變更方案包含參與設計變更的設計變量以及相應的取值。
[0021] 相應的，所述的初始設計方案包括初始時刻五連桿機器人所有設計變量的取值； 候選設計方案和最優(yōu)設計方案也應該包括變更后五連桿機器人所有設計變量的取值。
[0022] 作為優(yōu)選，所述的初始設計方案和最優(yōu)設計方案可采用向量形式表示，每一維代 表一個設計變量的取值。
[0023] 所述步驟（2)通過如下步驟計算不同領域的變更差量：
[0024] (2-1)將初始設計方案中各個設計變量的取值代入每個設計目標函數(shù)得到相應領 域的設計目標初值，將候選設計方案中各個設計變量的取值代入每個領域的設計目標函數(shù) 計算得到相應領域的設計目標終值；
[0025] (2-2)將相應領域的設計目標終值減去設計目標初值，得到相應領域的變更差量。
[0026] 每個領域對應有獨立的設計目標函數(shù)，領域個數(shù)取決于設計變更的對象。本發(fā)明 中設計變更的對象為五連桿機器人，其設計目標函數(shù)主要包括機械操控性設計目標函數(shù) 奶以及軌跡運動誤差設計目標函數(shù)灼。系統(tǒng)設計目標包括機械操控性灼和軌跡運動誤差 供2=奶越小，系統(tǒng)操控性越好。妁越小，則系統(tǒng)控制精度越高。
[0027] 所述機械操控性設計目標函數(shù)夠計算公式如下：
[0028]

【權利要求】
1. 一種支持五連桿機器人協(xié)同設計的單領域設計變更處理方法，其特征在于，包括如 下步驟： (1) 確定當前設計變更的變更方案，并根據(jù)所述的變更方案形成候選設計方案； (2) 針對每個領域，根據(jù)五連桿機器人的初始設計方案、候選設計方案以及該領域的設 計目標函數(shù)計算相應領域的變更差量； (3) 根據(jù)變更差量判斷是否存在待優(yōu)化的設計目標函數(shù)，并根據(jù)判斷結果進行如下操 作： (a) 若存在，則對候選設計方案進行優(yōu)化得到最優(yōu)設計方案，利用最優(yōu)設計方案對五連 桿機器人進行相應的設計變更； (b) 若不存在，則以所述的候選設計方案作為最優(yōu)設計方案，并利用最優(yōu)設計方案對五 連桿機器人進行相應的設計變更，或直接結束當前設計變更處理。
2. 如權要求1所述的支持五連桿機器人協(xié)同設計的單領域設計變更處理方法，其特征 在于，所述的設計方案包括五連桿機器人所有設計變量的取值； 所述的變更方案包含參與設計變更的設計變量以及相應的取值。
3. 如權要求1所述的支持五連桿機器人協(xié)同設計的單領域設計變更處理方法，所述步 驟（2)通過如下步驟計算不同領域的變更差量： (2-1)將初始設計方案中各個設計變量的取值代入每個設計目標函數(shù)得到相應領域的 設計目標初值，將候選設計方案中各個設計變量的取值代入每個領域的設計目標函數(shù)計算 得到相應領域的設計目標終值； (2-2)將相應領域的設計目標終值減去設計目標初值，得到相應領域的變更差量。
4. 如權要求1?3中任意一項所述的支持五連桿機器人協(xié)同設計的單領域設計變更處 理方法，其特征在于，所述步驟（3)通過如下方法判斷是否存在待優(yōu)化的設計目標函數(shù)： 若所有領域對應變更差量中至少有一個大于零，且同時至少有一個小于零，則認為存 在待優(yōu)化的設計目標函數(shù)， 否則，認為不存在待優(yōu)化的設計目標函數(shù)。
5. 如權要求4所述的支持五連桿機器人協(xié)同設計的單領域設計變更處理方法，其特征 在于，所述步驟（a)中通過如下方法優(yōu)化候選設計方案： (al)針對每個領域的設計目標函數(shù)構建優(yōu)化函數(shù)； (a2)采用多目標優(yōu)化算法以所有優(yōu)化函數(shù)的取值小于或等于零作為優(yōu)化目標，求解得 到各個設計變量的取值，即得到當前設計變更的最優(yōu)設計方案。
6. 如權利要求5所述的支持五連桿機器人協(xié)同設計的單領域設計變更處理方法，其特 征在于，所述步驟（3)中根據(jù)以下方法構建優(yōu)化函數(shù)： 對于變更差量大于零的領域m的設計目標函數(shù)(pm.構建優(yōu)化函數(shù)(pn/: ， fm為變更差量大于零的領域的設計目標函數(shù)，<Pra?為變更差量大于零的領域的設計目標 初值； 對于變更差量小于或等于零的領域n的設計目標函數(shù)％構建優(yōu)化函數(shù)fj: fn為變更差量小于或等于零的領域的設計目標函數(shù)，fafl為變更差量大 于零的領域的設計目標初值。
7.如權要求4所述的支持五連桿機器人協(xié)同設計的單領域設計變更處理方法，其特征 在于，所述步驟（3)中不存在待優(yōu)化的設計目標函數(shù)時進行如下操作： 若所有領域的變更差量均大于或等于零，則直接退出當前設計變更處理過程； 若所有領域的變更差量均小于零，則以所述的候選設計方案作為最優(yōu)設計方案，并利 用最優(yōu)設計方案對五連桿機器人進行相應的設計變更。
【文檔編號】G06F17/50GK104408255SQ201410706605
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月28日 優(yōu)先權日:2014年11月28日
【發(fā)明者】劉玉生, 樊紅日 申請人:浙江大學