支持五連桿機(jī)器人協(xié)同設(shè)計(jì)的多領(lǐng)域設(shè)計(jì)變更處理方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種支持五連桿機(jī)器人協(xié)同設(shè)計(jì)的多領(lǐng)域設(shè)計(jì)變更處理方法，首先，確定當(dāng)前設(shè)計(jì)變更的領(lǐng)域的變更方案；根據(jù)各個(gè)變更方案、以及五連桿機(jī)器人的初始設(shè)計(jì)方案和各個(gè)領(lǐng)域內(nèi)的設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)計(jì)算各個(gè)領(lǐng)域的變更差量；根據(jù)變更差量判斷各變更方案是否有效，舍棄無(wú)效的變更方案：若剩余的變更方案的個(gè)數(shù)為零，則退出當(dāng)前設(shè)計(jì)變更處理；否則，根據(jù)剩余的變更方案的個(gè)數(shù)求解當(dāng)前設(shè)計(jì)變更的最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，并以最優(yōu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)變更，或結(jié)束當(dāng)前設(shè)計(jì)變更處理。本發(fā)明能夠使系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)質(zhì)量最優(yōu)，且協(xié)同考慮不同領(lǐng)域的變更差量，從而避免多域設(shè)計(jì)沖突，有效避免五連桿機(jī)器人協(xié)同設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)沖突問(wèn)題，減少了設(shè)計(jì)反復(fù)，提高了設(shè)計(jì)效率。
【專利說(shuō)明】支持五連桿機(jī)器人協(xié)同設(shè)計(jì)的多領(lǐng)域設(shè)計(jì)變更處理方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其涉及一種支持五連桿機(jī)器人協(xié)同設(shè)計(jì)的多領(lǐng)域設(shè) 計(jì)變更處理方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在五連桿機(jī)器人的協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程中，某單一領(lǐng)域設(shè)計(jì)人員所提出的設(shè)計(jì)變更可能 影響其他領(lǐng)域的設(shè)計(jì)目標(biāo)，從而容易引起設(shè)計(jì)沖突，帶來(lái)設(shè)計(jì)的反復(fù)迭代。為此，基于設(shè)計(jì) 人員的原始設(shè)計(jì)方案，找出相對(duì)優(yōu)化的替代方案，對(duì)避免設(shè)計(jì)沖突，提高設(shè)計(jì)效率起著重要 作用。通常設(shè)計(jì)人員均由局部目標(biāo)出發(fā)，基于特定領(lǐng)域的知識(shí)結(jié)構(gòu)，提出機(jī)械或控制域的設(shè) 計(jì)變更。由于缺乏其他領(lǐng)域的背景知識(shí)，也沒(méi)有參與其他領(lǐng)域的設(shè)計(jì)活動(dòng)，因此無(wú)法預(yù)見(jiàn)該 原始設(shè)計(jì)方案對(duì)其他領(lǐng)域設(shè)計(jì)目標(biāo)的潛在影響，從而容易導(dǎo)致設(shè)計(jì)沖突的出現(xiàn)。
[0003] 在現(xiàn)有的設(shè)計(jì)沖突自動(dòng)處理方法中，僅通過(guò)預(yù)定義的決策標(biāo)準(zhǔn)從已有的若干設(shè)計(jì) 方案中選擇某特定方案，無(wú)法生成更優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。而其他的設(shè)計(jì)沖突非自動(dòng)處理方法中， 往往通過(guò)增加多域設(shè)計(jì)人員之間的信息共享來(lái)降低設(shè)計(jì)沖突的可能性，或由設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)方案，則需要設(shè)計(jì)人員相互溝通，人工 生成新的設(shè)計(jì)方案。因此，現(xiàn)有的設(shè)計(jì)沖突處理方法均不能自動(dòng)生成更優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。
[0004] 對(duì)五連桿機(jī)器人的協(xié)同設(shè)計(jì)而言，由于需要機(jī)械和控制兩個(gè)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)人員的共 同參與。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)沖突幾乎無(wú)法避免。因此，必須提出有效的設(shè)計(jì)變更自動(dòng)處理 方法，降低設(shè)計(jì)沖突出現(xiàn)的概率，同時(shí)降低設(shè)計(jì)人員的負(fù)擔(dān)。同時(shí)，得到的最優(yōu)設(shè)計(jì)方案需 盡可能提高五連桿機(jī)器人的總體設(shè)計(jì)質(zhì)量。目前的設(shè)計(jì)變更處理方法僅從現(xiàn)有設(shè)計(jì)變更中 進(jìn)行選擇，無(wú)法獲得更優(yōu)的設(shè)計(jì)方案，不能解決設(shè)計(jì)沖突。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種支持五連桿機(jī)器人協(xié)同設(shè)計(jì)的多領(lǐng)域設(shè) 計(jì)變更處理方法。
[0006] -種支持五連桿機(jī)器人協(xié)同設(shè)計(jì)的多領(lǐng)域設(shè)計(jì)變更處理方法，包括如下步驟：
[0007] (1)確定當(dāng)前設(shè)計(jì)變更時(shí)各個(gè)領(lǐng)域的變更方案；
[0008] ⑵針對(duì)每一個(gè)變更方案，根據(jù)相當(dāng)前變更方案、以及五連桿機(jī)器人的初始設(shè)計(jì)方 案和各個(gè)領(lǐng)域內(nèi)的設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)計(jì)算各個(gè)領(lǐng)域的變更差量；
[0009] (3)針對(duì)每一個(gè)變更方案，根據(jù)該變更方案對(duì)應(yīng)的變更差量判斷該變更方案是否 有效，舍棄無(wú)效的變更方案；
[0010](4)統(tǒng)計(jì)經(jīng)步驟（3)處理后剩余的變更方案的個(gè)數(shù)，并根據(jù)剩余的變更方案的個(gè) 數(shù)進(jìn)行如下操作：
[0011] (4-1)若剩余的變更方案的個(gè)數(shù)為零，則退出當(dāng)前設(shè)計(jì)變更處理；
[0012] (4-2)否則，根據(jù)剩余的變更方案的個(gè)數(shù)求解當(dāng)前設(shè)計(jì)變更的最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，并以 最優(yōu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)變更，或結(jié)束當(dāng)前設(shè)計(jì)變更處理。
[0013] 本發(fā)明中所指的結(jié)束當(dāng)前設(shè)計(jì)變更處理認(rèn)為是停止當(dāng)前設(shè)計(jì)變更。
[0014] 本發(fā)明所述的領(lǐng)域指設(shè)計(jì)領(lǐng)域，如機(jī)械領(lǐng)域、控制領(lǐng)域等。對(duì)五連桿機(jī)器人進(jìn)行設(shè) 計(jì)變更時(shí)，可以對(duì)單個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行，也可以同時(shí)對(duì)若干個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行。每個(gè)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)變更方案 由相應(yīng)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)人員提供。
[0015] 本發(fā)明的方法只適用于協(xié)同設(shè)計(jì)中的針對(duì)多領(lǐng)域提出的設(shè)計(jì)變更的處理，即對(duì)應(yīng) 的變更方案中參與設(shè)計(jì)變更的設(shè)計(jì)變量為不同領(lǐng)域的設(shè)計(jì)變量。
[0016] 本發(fā)明的支持五連桿機(jī)器人多域協(xié)同設(shè)計(jì)的多領(lǐng)域設(shè)計(jì)變更處理方法，針對(duì)多領(lǐng) 域設(shè)計(jì)人員提出的變更方案處理如下：由五連桿機(jī)器人系統(tǒng)優(yōu)化模型計(jì)算系統(tǒng)優(yōu)化目標(biāo) 值，并構(gòu)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(yīng)的最優(yōu)設(shè)計(jì)方案對(duì)初始設(shè) 計(jì)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)變更。該多領(lǐng)域設(shè)計(jì)變更處理方法能有效降低設(shè)計(jì)沖突，同時(shí)還大大提高 了系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)質(zhì)量。
[0017] 本發(fā)明中當(dāng)存在待優(yōu)化的設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)時(shí)，認(rèn)為候選設(shè)計(jì)方案不是最優(yōu)的，因此 通過(guò)對(duì)待優(yōu)化的設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)變更方案對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化， 保證按照變更方案進(jìn)行設(shè)計(jì)變更后能夠提高系統(tǒng)質(zhì)量。
[0018] 本發(fā)明實(shí)質(zhì)上是一種五連桿機(jī)器人的輔助設(shè)計(jì)方法，提出以五連桿系統(tǒng)優(yōu)化模 型為依據(jù)，以機(jī)械和控制子系統(tǒng)最優(yōu)設(shè)計(jì)目標(biāo)為導(dǎo)向，構(gòu)造新的系統(tǒng)優(yōu)化模型（即設(shè)計(jì)方 案），并求得滿足系統(tǒng)最優(yōu)解。通過(guò)精確計(jì)算可避免人工調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)變量，提高設(shè)計(jì)效率，從而 在高效設(shè)計(jì)的情況下制造五連桿機(jī)器人。
[0019] 所述的設(shè)計(jì)方案包括五連桿機(jī)器人所有設(shè)計(jì)變量的取值；
[0020] 所述的變更方案包含參與設(shè)計(jì)變更的設(shè)計(jì)變量以及相應(yīng)的取值。
[0021] 相應(yīng)的，所述的初始設(shè)計(jì)方案包括初始時(shí)刻五連桿機(jī)器人所有設(shè)計(jì)變量的取值； 候選設(shè)計(jì)方案和最優(yōu)設(shè)計(jì)方案也應(yīng)該包括變更后五連桿機(jī)器人所有設(shè)計(jì)變量的取值。
[0022] 作為優(yōu)選，所述的初始設(shè)計(jì)方案和最優(yōu)設(shè)計(jì)方案可采用向量形式表示，每一維代 表一個(gè)設(shè)計(jì)變量的取值。
[0023] 所述的變更方案包含參與設(shè)計(jì)變更的設(shè)計(jì)變量以及相應(yīng)的變更值。
[0024] 本發(fā)明的設(shè)計(jì)方案包括五連桿機(jī)器人所有設(shè)計(jì)變量的設(shè)計(jì)值，相應(yīng)的，所述的初 始設(shè)計(jì)方案包括初始時(shí)刻五連桿機(jī)器人所有設(shè)計(jì)變量的設(shè)計(jì)值；所述的最優(yōu)設(shè)計(jì)方案也應(yīng) 該包括五連桿機(jī)器人所有設(shè)計(jì)變量的設(shè)計(jì)值。
[0025] 作為優(yōu)選，所述的初始設(shè)計(jì)方案和最優(yōu)設(shè)計(jì)方案可采用向量形式表示，每一維代 表一個(gè)設(shè)計(jì)變量的取值。
[0026] 所述步驟（2)針對(duì)任意一個(gè)變更方案，通過(guò)如下步驟計(jì)算任意一個(gè)領(lǐng)域的變更差 量：
[0027] (2-1)根據(jù)當(dāng)前變更方案形成對(duì)應(yīng)的候選設(shè)計(jì)方案；
[0028] (2-2)將初始設(shè)計(jì)方案中各個(gè)設(shè)計(jì)變量的設(shè)計(jì)值代入當(dāng)前領(lǐng)域的設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)中 計(jì)算得到當(dāng)前領(lǐng)域的設(shè)計(jì)目標(biāo)初值；
[0029] 將當(dāng)候選設(shè)計(jì)方案中各個(gè)變量的取值代入當(dāng)前領(lǐng)域的設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)中計(jì)算得到 當(dāng)前領(lǐng)域的設(shè)計(jì)目標(biāo)終值；
[0030] (2-3)將當(dāng)前領(lǐng)域的設(shè)計(jì)目標(biāo)終值減去設(shè)計(jì)目標(biāo)初值，得到當(dāng)前領(lǐng)域的變更差量。
[0031] 根據(jù)變更方案形成候選設(shè)計(jì)方案時(shí)，對(duì)于設(shè)計(jì)變量集合內(nèi)的設(shè)計(jì)變量直接取給出 的值，對(duì)于設(shè)計(jì)變量集合以外的設(shè)計(jì)變量，取初始設(shè)計(jì)方案中相應(yīng)的取值。
[0032] 每個(gè)領(lǐng)域?qū)?yīng)有獨(dú)立的設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)，領(lǐng)域個(gè)數(shù)取決于設(shè)計(jì)變更的對(duì)象。本發(fā)明 中設(shè)計(jì)變更的對(duì)象為五連桿機(jī)器人，其設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)主要包括機(jī)械操控性設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù) 灼以及軌跡運(yùn)動(dòng)誤差設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)灼。系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)包括機(jī)械操控性奶和軌跡運(yùn)動(dòng)誤差 供2。的越小，系統(tǒng)操控性越好。％越小，則系統(tǒng)控制精度越高。
[0033] 所述機(jī)械操控性設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)妁計(jì)算公式如下：
[0034]

【權(quán)利要求】
1. 一種支持五連桿機(jī)器人協(xié)同設(shè)計(jì)的多領(lǐng)域設(shè)計(jì)變更處理方法，其特征在于，包括如 下步驟： (1) 確定當(dāng)前設(shè)計(jì)變更時(shí)各個(gè)領(lǐng)域的變更方案； (2) 針對(duì)每一個(gè)變更方案，根據(jù)相當(dāng)前變更方案、以及五連桿機(jī)器人的初始設(shè)計(jì)方案和 各個(gè)領(lǐng)域內(nèi)的設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)計(jì)算各個(gè)領(lǐng)域的變更差量； (3) 針對(duì)每一個(gè)變更方案，根據(jù)該變更方案對(duì)應(yīng)的變更差量判斷該變更方案是否有效， 舍棄無(wú)效的變更方案； (4) 統(tǒng)計(jì)經(jīng)步驟（3)處理后剩余的變更方案的個(gè)數(shù)，并根據(jù)剩余的變更方案的個(gè)數(shù)進(jìn) 行如下操作： (4-1)若剩余的變更方案的個(gè)數(shù)為零，則退出當(dāng)前設(shè)計(jì)變更處理； (4-2)否則，根據(jù)剩余的變更方案的個(gè)數(shù)求解當(dāng)前設(shè)計(jì)變更的最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，并以最優(yōu) 設(shè)計(jì)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)變更，或結(jié)束當(dāng)前設(shè)計(jì)變更處理。
2. 如權(quán)利要求1所述的支持五連桿機(jī)器人協(xié)同設(shè)計(jì)的多領(lǐng)域設(shè)計(jì)變更處理方法，其特 征在于，所述的設(shè)計(jì)方案包括五連桿機(jī)器人所有設(shè)計(jì)變量的取值； 所述的變更方案包含參與設(shè)計(jì)變更的設(shè)計(jì)變量以及相應(yīng)的取值。
3. 如權(quán)利要求1所述的支持五連桿機(jī)器人協(xié)同設(shè)計(jì)的多領(lǐng)域設(shè)計(jì)變更處理方法，其特 征在于，所述步驟（2)針對(duì)任意一個(gè)變更方案，通過(guò)如下步驟計(jì)算任意一個(gè)領(lǐng)域的變更差 量： (2-1)根據(jù)當(dāng)前變更方案形成對(duì)應(yīng)的候選設(shè)計(jì)方案； (2-2)將初始設(shè)計(jì)方案中各個(gè)設(shè)計(jì)變量的設(shè)計(jì)值代入當(dāng)前領(lǐng)域的設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)中計(jì)算 得到當(dāng)前領(lǐng)域的設(shè)計(jì)目標(biāo)初值； 將當(dāng)候選設(shè)計(jì)方案中各個(gè)變量的取值代入當(dāng)前領(lǐng)域的設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)中計(jì)算得到當(dāng)前 領(lǐng)域的設(shè)計(jì)目標(biāo)終值； (2-3)將當(dāng)前領(lǐng)域的設(shè)計(jì)目標(biāo)終值減去設(shè)計(jì)目標(biāo)初值，得到當(dāng)前領(lǐng)域的變更差量。
4. 如權(quán)利要求1所述的支持五連桿機(jī)器人協(xié)同設(shè)計(jì)的多領(lǐng)域設(shè)計(jì)變更處理方法，其特 征在于，所述步驟（3)中通過(guò)如下方法判斷各個(gè)變更方案是否有效： 若變更差量均大于零或等于零，則判斷該變更方案無(wú)效； 否則，判斷該變更方案有效。
5. 如權(quán)利要求1所述的支持五連桿機(jī)器人協(xié)同設(shè)計(jì)的多領(lǐng)域設(shè)計(jì)變更處理方法，其特 征在于，所述步驟（4-2)中當(dāng)剩余的變更方案?jìng)€(gè)數(shù)為1時(shí)進(jìn)行如下操作： (al)若該變更方案對(duì)應(yīng)的變更差量中至少有一個(gè)大于零，且同時(shí)至少有一個(gè)小于零， 則認(rèn)為存在待優(yōu)化的設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)，并針對(duì)每個(gè)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)目標(biāo)構(gòu)建優(yōu)化函數(shù)，利用所述 的優(yōu)化函數(shù)求解當(dāng)前設(shè)計(jì)變更的最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，并利用最優(yōu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)變更； (a2)否則，直接結(jié)束當(dāng)前設(shè)計(jì)變更處理，或以該變更方案對(duì)應(yīng)的候選設(shè)計(jì)方案作為最 優(yōu)設(shè)計(jì)方案，并利用最優(yōu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)變更。
6. 如權(quán)利要求5所述的支持五連桿機(jī)器人協(xié)同設(shè)計(jì)的多領(lǐng)域設(shè)計(jì)變更處理方法，所述 步驟（al)中根據(jù)以下方法構(gòu)建優(yōu)化函數(shù)： 對(duì)于變更差量大于零的領(lǐng)域的設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)q>m構(gòu)建優(yōu)化函數(shù)(pn/: 9n/=q>m-q>niO， tPm為變更差量大于零的領(lǐng)域的設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)，為變更差量大于零的領(lǐng)域的設(shè)計(jì)目標(biāo) 初值； 對(duì)于變更差量小于或等于零的領(lǐng)域的設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)隊(duì)構(gòu)建優(yōu)化函數(shù)
為變更差量小于或等于零的領(lǐng)域的設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)，qvo為變更差量 大于零的領(lǐng)域的設(shè)計(jì)目標(biāo)初值。
7. 如權(quán)利要求5所述的支持五連桿機(jī)器人協(xié)同設(shè)計(jì)的多領(lǐng)域設(shè)計(jì)變更處理方法，所述 步驟（a2)進(jìn)行如下操作： 若所有領(lǐng)域的變更差量均大于或等于零，則直接退出當(dāng)前設(shè)計(jì)變更處理過(guò)程； 若所有領(lǐng)域的變更差量均小于零，則以該變更方案對(duì)應(yīng)的候選設(shè)計(jì)方案作為最優(yōu)設(shè)計(jì) 方案，并利用最優(yōu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)變更。
8. 如權(quán)利要求4所述的支持五連桿機(jī)器人協(xié)同設(shè)計(jì)的多領(lǐng)域設(shè)計(jì)變更處理方法，其特 征在于，所述步驟（4-2)中當(dāng)剩余的變更方案?jìng)€(gè)數(shù)大于1時(shí)進(jìn)行如下操作： (bl)針對(duì)每個(gè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)分別構(gòu)建相應(yīng)的優(yōu)化函數(shù)； (b2)利用所述的優(yōu)化函數(shù)求解當(dāng)前設(shè)計(jì)變更的最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。
9. 如權(quán)利要求8所述的支持五連桿機(jī)器人協(xié)同設(shè)計(jì)的多領(lǐng)域設(shè)計(jì)變更處理方法，其特 征在于，所述步驟（bl)中根據(jù)如下方法針對(duì)每個(gè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)分別構(gòu)建相應(yīng)的優(yōu)化 函數(shù)：
其中，為領(lǐng)域k的設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)，為所有變更方案在領(lǐng)域i的設(shè)計(jì)目標(biāo)終值的 最小值，k= 1，2，……K，K為五連桿機(jī)器人的領(lǐng)域總數(shù)。
10. 如權(quán)利要求5或8所述的支持五連桿機(jī)器人協(xié)同設(shè)計(jì)的多領(lǐng)域設(shè)計(jì)變更處理方法， 其特征在于，所述步驟（al)和（b2)中采用多目標(biāo)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(biāo)，求解得到各個(gè)設(shè)計(jì)變量的取值，即得到當(dāng)前設(shè)計(jì)變更的最優(yōu)設(shè)計(jì)方 案。
【文檔編號(hào)】G05B13/00GK104483831SQ201410709123
【公開(kāi)日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月28日
【發(fā)明者】劉玉生, 樊紅日 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)