留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

6轴工业机器人工作空间快速求解

李星辰 杨国庆 王宪 胡文洪

李星辰,杨国庆,王宪, 等. 6轴工业机器人工作空间快速求解[J]. 机械科学与技术,2023,42(8):1213-1220 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220067
引用本文: 李星辰,杨国庆,王宪, 等. 6轴工业机器人工作空间快速求解[J]. 机械科学与技术,2023,42(8):1213-1220 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220067
LI Xingchen, YANG Guoqing, WANG Xian, HU Wenhong. Fast Solution of 6-axis Industrial Robot Workspace[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2023, 42(8): 1213-1220. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220067
Citation: LI Xingchen, YANG Guoqing, WANG Xian, HU Wenhong. Fast Solution of 6-axis Industrial Robot Workspace[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2023, 42(8): 1213-1220. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220067

6轴工业机器人工作空间快速求解

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220067
基金项目: 国家重点研发计划“智能机器人”重点专项(2018YFB1308200)
详细信息
    作者简介:

    李星辰(1997–),硕士研究生,研究方向为机器人优化设计,15292090910@163.com

    通讯作者:

    王宪,副教授,博士生导师,hnustwx@hnust.edu.cn

  • 中图分类号: TP24

Fast Solution of 6-axis Industrial Robot Workspace

  • 摘要: 由于机器人设计过程中需要反复计算机器人工作空间,提升工作空间的计算效率与精度具有重要意义。本文针对传统方法求解工作空间精度不高、速度慢的问题,提出了改进方法。用传统方法生成种子空间并离散为多个子空间,利用正态分布拓展工作空间点数量不足的子空间,并根据拓展后工作空间点的位置调整正态分布参数,得到可达工作空间。进一步,利用可操作度值评估机器人的灵活性,从可达工作空间筛选出灵活种子空间,利用可调参数的正态分布拓展灵活种子空间边界,得到灵活工作空间。以6轴机器人为对象,对本文方法进行仿真分析。结果表明,本文方法在保证求解精度的前提下可极大的提升求解效率,为后续的机器人优化设计提供了便利。
  • 图  1  6轴机器人结构示意图

    Figure  1.  6-axis robot structure diagram

    图  2  6轴机器人坐标系

    Figure  2.  6 axis robot coordinate system

    图  3  可达工作空间求解流程图

    Figure  3.  Reachable workspace solution flow chart

    图  4  灵活工作空间求解流程图

    Figure  4.  Flexible workspace solution flow chart

    图  5  机器人可达工作空间

    Figure  5.  Robots can reach the workspace

    图  6  机器人灵活工作空间

    Figure  6.  Flexible workspace for robots

    表  1  6轴机器人D-H参数表

    Table  1.   6-axis robot D-H parameter table

    ${{i} }$${ {{d} }_{ {i} } }/{\rm{mm}}$${ {{a} }_i}/{\rm{mm}}$${\alpha _{i} }/(^\circ )$${\theta _{i} }/(^\circ )$
    170000$ {\theta _{\text{1}}} $
    2030590$ {\theta _{\text{2}}} $
    3011100$ {\theta _{\text{3}}} $
    4126020090$ {\theta _{\text{4}}} $
    500−90$ {\theta _{\text{5}}} $
    6245090$ {\theta _{\text{6}}} $
    下载: 导出CSV

    表  2  6轴机器人关节运动范围

    Table  2.   Range of motion of 6-axis robot join

    $ i $123456
    ${ {{q} }_{\max } }/(^\circ )$ + 185 + 140 + 168 + 350 + 125 + 350
    ${ { {q} }_{ {{\rm{min} } } } }/(^\circ )$−185 + 5−120−350−125−350
    下载: 导出CSV

    表  3  改进蒙特卡洛法参数设置

    Table  3.   Improved Monte Carlo method parameter Settings

    ${{N} }$${{k} }$${{n} }$$ \sigma $$ \delta $${{n} }_{{f} }^{ {\text{max} } }$${ {n} }_{{l} }^{ {\text{max} } }$
    1000020 × 20
    × 20
    150$\text{π}/3$1.55300
    下载: 导出CSV

    表  4  可达工作空间体积随工作空间点变化表

    Table  4.   Reachable workspace volume change table with workspace points

    ${{N} }$$ 1 \times {10^5} $$ 1 \times {10^6} $$ 5 \times {10^6} $$ 1 \times {10^7} $$ 1.5 \times {10^7} $$ 2 \times {10^7} $
    $ V/{{\text{m}}^{\text{3}}} $64.42272.52474.35874.85675.16675.238
    下载: 导出CSV
  • [1] 刘志忠, 柳洪义, 罗忠, 等. 机器人工作空间求解的蒙特卡洛法改进[J]. 农业机械学报, 2013, 44(1): 230-235. doi: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.01.043

    LIU Z Z, LIU H Y, LUO Z, et al. Improvement on Monte Carlo method for robot workspace determination[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2013, 44(1): 230-235. (in Chinese) doi: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.01.043
    [2] 田勇, 王洪光, 潘新安, 等. 一种协作机器人工作空间灵活度的求解方法[J]. 机器人, 2019, 41(3): 298-306.

    TIAN Y, WANG H G, PAN X A, et al. A solving method for the workspace dexterity of collaborative robot[J]. Robot, 2019, 41(3): 298-306. (in Chinese)
    [3] 罗华, 徐建柱, 姚林, 等. 可满足微创手术灵活工作空间的混联机器人研究[J]. 四川大学学报(工程科学版), 2011, 43(4): 236-240. doi: 10.15961/j.jsuese.2011.04.030

    LUO H, XU J Z, YAO L, et al. Study on hybrid robot meeting the dexterous workspace demand of minimally invasive surgery[J]. Journal of Sichuan University (Engineering Science Edition), 2011, 43(4): 236-240. (in Chinese) doi: 10.15961/j.jsuese.2011.04.030
    [4] SICILIANO B, KHATIB O. Springer handbook of robotics[M]. 2nd ed. Springer, 2016
    [5] 王晓华, 王育合, 王文杰, 等. 缝纫机器人工作空间分析[J]. 机械科学与技术, 2020, 39(8): 1217-1221.

    WANG X H, WANG Y H, WANG W J, et al. Analyzing workspace of sewing robot[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2020, 39(8): 1217-1221. (in Chinese)
    [6] 荆学东, 薛毓铨, 陈亚楠. 6R双臂服务机器人协作空间分析及参数优化[J]. 机械科学与技术, 2021, 40(6): 840-845. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200122

    JING X D, XUE Y Q, CHEN Y N. Analyzing and optimizing parameters of 6R dual-arm service robot collaborative space[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2021, 40(6): 840-845. (in Chinese) doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200122
    [7] 赵智远, 徐振邦, 何俊培, 等. 基于工作空间分析的9自由度超冗余串联机械臂构型优化[J]. 机械工程学报, 2019, 55(21): 51-63.

    ZHAO Z Y, XU Z B, HE J P, et al. Configuration optimization of nine degree of freedom super-redundant serial manipulator based on workspace analysis[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2019, 55(21): 51-63. (in Chinese)
    [8] 贾世元, 贾英宏, 徐世杰. 基于姿态可操作度的机械臂尺寸优化方法[J]. 北京航空航天大学学报, 2015, 41(9): 1693-1700.

    JIA S Y, JIA Y H, XU S J. Dimensional optimization method for manipulator based on orientation manipulability[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2015, 41(9): 1693-1700. (in Chinese)
    [9] CAO Y, LU K, LI X J, et al. Accurate numerical methods for computing 2D and 3D robot workspace[J]. International Journal of Advanced Robotic Systems, 2011, 8(6): 1-13.
    [10] BOHIGAS O, MANUBENS M, ROS L. A complete method for workspace boundary determination on general structure manipulators[J]. IEEE Transactions on Robotics, 2012, 28(5): 993-1006. doi: 10.1109/TRO.2012.2196311
    [11] 田海波, 马宏伟, 魏娟. 串联机器人机械臂工作空间与结构参数研究[J]. 农业机械学报, 2013, 44(4): 196-201. doi: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.04.034

    TIAN H B, MA H W, WEI J. Workspace and structural parameters analysis for manipulator of serial robot[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2013, 44(4): 196-201. (in Chinese) doi: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.04.034
    [12] PEIDRÓ A, REINOSO Ó, GIL A, et al. An improved Monte Carlo method based on Gaussian growth to calculate the workspace of robots[J]. Engineering Applications of Artificial Intelligence, 2017, 64: 197-207. doi: 10.1016/j.engappai.2017.06.009
    [13] 徐振邦, 赵智远, 贺帅, 等. 机器人工作空间求解的蒙特卡洛法改进和体积求取[J]. 光学精密工程, 2018, 26(11): 2703-2713. doi: 10.3788/OPE.20182611.2703

    XU Z B, ZHAO Z Y, HE S, et al. Improvement of Monte Carlo method for robot workspace solution and volume calculation[J]. Optics and Precision Engineering, 2018, 26(11): 2703-2713. (in Chinese) doi: 10.3788/OPE.20182611.2703
    [14] 李宪华, 盛蕊, 张雷刚, 等. 六自由度模块化机器人手臂奇异构型分析[J]. 农业机械学报, 2017, 48(7): 376-382. doi: 10.6041/j.issn.1000-1298.2017.07.048

    LI X H, SHENG R, ZHANG L G, et al. Singular configuration analysis of 6-DOF modular manipulator[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2017, 48(7): 376-382. (in Chinese) doi: 10.6041/j.issn.1000-1298.2017.07.048
    [15] 李宪华, 孙青, 张雷刚, 等. 服务机器人双臂协调操作的灵活性分析[J]. 华中科技大学学报(自然科学版), 2019, 47(5): 33-38.

    LI X H, SUN Q, ZHANG L G, et al. Flexibility analysis of coordination operation of dual-arm service robot[J]. Journal of Huazhong University of Science and Technology (Natural Science Edition), 2019, 47(5): 33-38. (in Chinese)
    [16] XU R N, LUO J J, WANG M M. Optimal grasping pose for dual-arm space robot cooperative manipulation based on global manipulability[J]. Acta Astronautica, 2021, 183: 300-309. doi: 10.1016/j.actaastro.2021.03.021
  • 加载中
图(6) / 表(4)
计量
  • 文章访问数:  138
  • HTML全文浏览量:  316
  • PDF下载量:  49
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2021-08-03
  • 网络出版日期:  2023-09-13
  • 刊出日期:  2023-08-31

目录

    /

    返回文章
    返回