(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210516242.0 (22)申请日 2022.05.12 (71)申请人 中国计量大 学 地址 310018 浙江省杭州市钱塘区下沙高 教园区学源街258号 (72)发明人 姚宝国　李浩杰　葛雨勋　 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) B25J 11/00(2006.01) (54)发明名称 一种六自由度工业机器人制孔刚度优化方 法 (57)摘要 本发明公开了一种六自由度工业机器人制 孔刚度优化方法， 所述六自由度工业机器人制孔 刚度优化方法， 包括以下步骤： 根据目标孔位确 定机器人待优化位姿， 使机器人绕末端执行器刀 具轴线旋转获得有限个 可达位姿 (i=1,2,…， n)， 计算所有可达位姿的转角极限判据 p、 灵巧性 指标KCI及系统刚度系数 K， 根据权重系数 、 、 综合所获指标得到所有位姿的刚度性能 优化判据 g， 选取其中最优值对应可达位姿作为 刚度优化后位姿 ， 实现了多种加工位姿寻 优， 能够提高机器人制孔精度， 增强机器人制孔 稳定性， 满足六自由度工业机器人在制孔任务中 的应用需求。 权利要求书1页 说明书5页 附图4页 CN 114700954 A 2022.07.05 CN 114700954 A 1.一种六自由度工业机器人制孔刚度优化方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤一： 由目标孔位确定机器人待优化位姿 ， 此时机器人绕末 端执行器刀具轴线方向旋转角度为   =0°， 使机器人以1 °为步长绕末端执行器刀具轴线方 向旋转得到候选位姿， 判断该位姿是否可达， 若可达则记为可达位姿   ， 重复该步骤获得 有限个  、  、……、  (n≤300)， 直至   （ ） 达到极限或可达位姿数量n达到 300； 步骤二： 设定机器人转角极限安全余量为10%， 计算所有可达位姿   (i=1,2,…， n)下 机器人关节转角极限判据 p； 步骤三： 计算所有可达位姿   (i=1,2,…， n)下机器人灵巧性指标 KCI； 步骤四： 计算所有可达位姿   (i=1,2,…， n)下工业机器人制孔系统刚度系数 K； 步骤五： 根据 p、 KCI、 K计算所有可达位姿   (i=1,2,…， n)下机器人制孔系统刚度性能 优化判据g， 通过比较 分析比较每个可达位姿 下的刚度性能优化判 据g， 获得其中最优值 gmax 对应可达位姿   作为刚度优化后位姿   。 2.根据权利要求1所述的六自由度工业机器人制孔刚度优化方法， 特征在于， 所述步骤 五中工业机器人制孔系统刚度性能优化判据计算如下： 其中  、  、  分别为去单位化后的关节转角判据、 机器人灵巧性指标、 工业机器人 制孔系统 刚度系数；   、  、  为  、  、  的权重系数， 在机器 人制孔过程中三者同等 重要。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114700954 A 2一种六自由度工 业机器人制孔刚度优化方 法 技术领域 [0001]本发明涉及刚度优化技术领域， 具体地说是一种六自由度 工业机器人制孔刚度优 化方法。 背景技术 [0002]当前制造业对生产效率和成本的要求日益提高， 六自由度 工业机器人凭借其冗余 自由度可以无数种不同姿态对同一点位进 行加工。 工业机器人特有的灵活性和自动化特征 使之在制孔领域应用广泛。 但六自由度工业机器人 由于其本身结构特征， 刚度约为数控机 床的1/50倍， 在制孔加工过程中容易发生振动， 导致刀具磨损严重， 寿命缩短过快。 同时加 工振动引起制孔精度降低， 加工效率降低， 甚至出现加工失效、 崩刃等危险问题， 严重限制 了工业机器人在制孔领域的应用前景。 因此， 对六自由度工业机器人制孔刚度进行数学分 析是改善其加工精度的重要前提， 对六自由度工业机器人制孔刚度优化具有重要的现实意 义。 [0003]中国专利CN  111702762A公开了一种工业机器人作业姿态优化方法， 建立了工业 机器人刚度模型， 根据 空间特征点位采用光顺处理实现加工轨迹和目标点位的姿态优化。 中国专利CN  113894782A公开了一种基于刚度定向的机器人铣削加工姿态优化方法及系 统， 通过计算刀尖主刚度差值划分稳定加工空间和潜在颤振空间， 并利用冗余角确定颤振 发生的空间边界， 实现铣削路径上的稳定加工 。 [0004]上述方法虽然实现了加工轨迹上的加工稳定性增强， 但并未从安全角度出发考虑 为工业机器人留下转角余量， 并未考虑机器人加工运动中的灵巧性， 且应用领域主要集中 在铣削加工。 因此无法有针对性的提高工业机器人在制孔领域的加工稳定性， 无法兼顾机 器人运动灵巧性和运动安全性对制孔加工刚度做出优化。 发明内容 [0005]有鉴于此， 本发明针对上述现有技术存在的无法兼顾工业机器人灵巧性和安全性 实现制孔刚度优化的技 术问题， 提供了一种六自由度工业机器人制孔刚度优化方法。 [0006]本发明的技术解决方案是， 提供一种兼顾工业机器人灵巧性和安全性实现制孔刚 度优化的六自由度工业机器人制孔刚度优化方法， 具体步骤如下： 步骤一： 由目标孔 位确定机器人待优化 位姿 ， 此时机器人 绕末端执行器刀具轴线方向旋转角度为   =0°， 使机器人以1 °为步长绕末端执行器刀具轴 线方向旋转 得到候选位姿， 判断该位姿是否可达， 若可达则记为可达位姿 ， 重复该步骤获 得有限个   、  、……、 (n≤300)， 直至   （  ） 达到极限或可达位姿数量n达到 300； 步骤二： 设定机器人转角极限安全余量为 10%， 计算所有 可达位姿 (i=1,2,…， n) 下机器人关节转角极限判 据p， 该判据在转角联合极限附近达到最大值， 说明机器人转角均 接近极限， 在远离转角联合极限处梯度为0， 说明机器人转角均处于安全位置；说　明　书 1/5 页 3 CN 114700954 A 3