机器人的仿真处理方法及装置

技术领域

本发明涉及机器人控制技术领域，具体而言，涉及一种机器人的仿真处理方法及装置。

背景技术

目前六轴工业机器人广泛的应用于汽车，电子、家电、3C等自动化领域，其主要的特征是工作空间大，灵活性高，可以满足焊接、装配，搬运等不同的作业，推动了工厂自动化的步伐。其中，六轴工业机器人采用串联式的结构，不同的连杆转动时可以实现末端在较大的工作空间内运动，但同时也有很大的弊端，机器人的不同关节运动时，每时每刻都会有不同的运动姿态，不同姿态下的运动造成了每个关节承受的载荷时时都在发生变化，所以很难用简单的方法进行关节载荷的计算校核。

针对上述相关技术中无法对多轴机器人的各个关节的关节载荷进行计算，导致的无法合理地对机器人的电机、减速机等部件进行选型的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种机器人的仿真处理方法及装置，以至少解决相关技术中无法对多轴机器人的各个关节的关节载荷进行计算，导致的无法合理地对机器人的电机、减速机等部件进行选型的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种机器人的仿真处理方法，包括：提取多轴机器人模型的各个轴在不同姿态下的第一受力数值；基于所述各个轴在不同姿态下的第一受力数值对所述各个轴进行分析，得到分析结果；根据所述分析结果对所述各个轴进行优化，并获取优化后的各个轴的第二受力数值；基于所述优化后的各个轴的第二受力值选择所述多轴机器人模型所需的动力部件的特征参数；基于所述动力部件的特征参数确定所述多轴机器人模型对应的目标机器人所需的动力部件。

可选地，在提取多轴机器人模型的各个轴在不同姿态下的第一受力数值之前，该机器人的仿真处理方法还包括：生成所述多轴机器人模型；其中，生成所述多轴机器人模型，包括：对所述目标机器人的动力部件进行初步选型，并结合初步选型后的动力部件绘制所述目标机器人的本体模型；对所述本体模型进行刚体动力学习分析，得到所述多轴机器人模型。

可选地，在对所述目标机器人的动力部件进行初步选型，并结合初步选型后的动力部件绘制所述目标机器人的本体模型之前，该机器人的仿真处理方法还包括：基于所述目标机器人的载荷需求以及所述目标机器人的工作空间确定所述目标机器人的各个轴的长度值；基于所述各个轴的负载质量以及所述各个轴的长度值进行动力部件的初步选型，并绘制所述目标机器人的末端关节模型。

可选地，在基于所述动力部件的特征参数确定所述多轴机器人模型对应的目标机器人所需的动力部件之前，该机器人的仿真处理方法还包括：基于所述末端关节模型以及所述多轴机器人的各个关节确定坐标系，以基于所述坐标系产生所述特征参数；基于所述特征参数对所述多轴机器人模型对应的目标机器人的关节进行选型；基于选择出的关节对所述目标机器人的本体结构进行绘制。

可选地，基于所述优化后的各个轴的第二受力值选择所述多轴机器人模型所需的动力部件的特征参数，包括：对所述目标机器人的本体结构进行刚体动力学分析，以得到所述目标机器人在不同姿态下关节力进行提取，得到所述第二受力值；对所述第二受力值对应的关节进行受力分析，得到所述动力部件的特征参数。

根据本发明实施例的另外一个方面，还提供了一种机器人的仿真处理装置，包括：提取单元，用于提取多轴机器人模型的各个轴在不同姿态下的第一受力数值；分析单元，用于基于所述各个轴在不同姿态下的第一受力数值对所述各个轴进行分析，得到分析结果；优化单元，用于根据所述分析结果对所述各个轴进行优化，并获取优化后的各个轴的第二受力数值；选择单元，用于基于所述优化后的各个轴的第二受力值选择所述多轴机器人模型所需的动力部件的特征参数；确定单元，用于基于所述动力部件的特征参数确定所述多轴机器人模型对应的目标机器人所需的动力部件。

可选地，该机器人的仿真处理装置还包括：生成单元，用于在提取多轴机器人模型的各个轴在不同姿态下的第一受力数值之前，生成所述多轴机器人模型；其中，所述生成单元，包括：第一绘制模块，用于对所述目标机器人的动力部件进行初步选型，并结合初步选型后的动力部件绘制所述目标机器人的本体模型；第一获取模块，用于对所述本体模型进行刚体动力学习分析，得到所述多轴机器人模型。

可选地，该机器人的仿真处理装置还包括：第一确定模块，用于在对所述目标机器人的动力部件进行初步选型，并结合初步选型后的动力部件绘制所述目标机器人的本体模型之前，基于所述目标机器人的载荷需求以及所述目标机器人的工作空间确定所述目标机器人的各个轴的长度值；第二绘制模块，用于基于所述各个轴的负载质量以及所述各个轴的长度值进行动力部件的初步选型，并绘制所述目标机器人的末端关节模型。

可选地，该机器人的仿真处理装置还包括：第二确定模块，用于在基于所述动力部件的特征参数确定所述多轴机器人模型对应的目标机器人所需的动力部件之前，基于所述末端关节模型以及所述多轴机器人的各个关节确定坐标系，以基于所述坐标系产生所述特征参数；第三确定模块，用于基于所述特征参数对所述多轴机器人模型对应的目标机器人的关节进行选型；第三绘制模块，用于基于选择出的关节对所述目标机器人的本体结构进行绘制。

可选地，所述选择单元，包括：提取模块，用于对所述目标机器人的本体结构进行刚体动力学分析，以得到所述目标机器人在不同姿态下关节力进行提取，得到所述第二受力值；分析模块，用于对所述第二受力值对应的关节进行受力分析，得到所述动力部件的特征参数。

根据本发明实施例的另外一个方面，还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序被处理器运行时控制所述计算机存储介质所在设备执行上述中任意一项所述的机器人的仿真处理方法。

根据本发明实施例的另外一个方面，还提供了一种处理器，所述处理器用于运行计算机程序，其中，所述计算机程序运行时执行上述中任意一项所述的机器人的仿真处理方法。

在本发明实施例中，采用提取多轴机器人模型的各个轴在不同姿态下的第一受力数值；基于各个轴在不同姿态下的第一受力数值对各个轴进行分析，得到分析结果；根据分析结果对各个轴进行优化，并获取优化后的各个轴的第二受力数值；基于优化后的各个轴的第二受力值选择多轴机器人模型所需的动力部件的特征参数；基于动力部件的特征参数确定多轴机器人模型对应的目标机器人所需的动力部件，通过本发明实施例提供的机器人的仿真处理方法，实现了对机器人的关节进行精准的力学分析以机器人的动力部件进行精准选型的目的，达到了提高机器人的定位精度的技术效果，进而解决了相关技术中无法对多轴机器人的各个关节的关节载荷进行计算，导致的无法合理地对机器人的电机、减速机等部件进行选型的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的机器人的仿真处理方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的机器人的仿真处理装置的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例1

根据本发明实施例，提供了一种机器人的仿真处理方法的方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图1是根据本发明实施例的机器人的仿真处理方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤S102，提取多轴机器人模型的各个轴在不同姿态下的第一受力数值。

可选的，上述多轴机器人可以为多轴工业机器人。

可选的，在本发明实施例中，可以对工业机器人的每个关节在不同姿态下的受力进行运动分析，以提取不同姿态下每个关节的受力情况。

步骤S104，基于各个轴在不同姿态下的第一受力数值对各个轴进行分析，得到分析结果。

可选的，在本发明实施例中，可以通过上述获取的第一受力数值对机器人的各个轴进行分析，以得到分析结果。

步骤S106，根据分析结果对各个轴进行优化，并获取优化后的各个轴的第二受力数值。

步骤S108，基于优化后的各个轴的第二受力值选择多轴机器人模型所需的动力部件的特征参数。

步骤S110，基于动力部件的特征参数确定多轴机器人模型对应的目标机器人所需的动力部件。

由上可知，在本发明实施例中，可以提取多轴机器人模型的各个轴在不同姿态下的第一受力数值；基于各个轴在不同姿态下的第一受力数值对各个轴进行分析，得到分析结果；根据分析结果对各个轴进行优化，并获取优化后的各个轴的第二受力数值；基于优化后的各个轴的第二受力值选择多轴机器人模型所需的动力部件的特征参数；基于动力部件的特征参数确定多轴机器人模型对应的目标机器人所需的动力部件，实现了对机器人的关节进行精准的力学分析以机器人的动力部件进行精准选型的目的，达到了提高机器人的定位精度的技术效果。

因此，通过本发明实施例提供的机器人的仿真处理方法，解决了相关技术中无法对多轴机器人的各个关节的关节载荷进行计算，导致的无法合理地对机器人的电机、减速机等部件进行选型的技术问题。

在一种可选的实施例中，在提取多轴机器人模型的各个轴在不同姿态下的第一受力数值之前，该机器人的仿真处理方法还可以包括：生成多轴机器人模型；其中，生成多轴机器人模型，包括：对目标机器人的动力部件进行初步选型，并结合初步选型后的动力部件绘制目标机器人的本体模型；对本体模型进行刚体动力学习分析，得到多轴机器人模型。

在该实施例中，可以对目标机器人的动力部件进行初步选型，然后结合初步选型后的动力部件绘制目标机器人的本体模型，从而对动力学习分析以得到多轴机器人模型。

在一种可选的实施例中，在对目标机器人的动力部件进行初步选型，并结合初步选型后的动力部件绘制目标机器人的本体模型之前，该机器人的仿真处理方法还包括：基于目标机器人的载荷需求以及目标机器人的工作空间确定目标机器人的各个轴的长度值；基于各个轴的负载质量以及各个轴的长度值进行动力部件的初步选型，并绘制目标机器人的末端关节模型。

例如，可以根据机器人设计需求的载荷、工作空间来确定机器人的臂长，并确定机器人的DH参数、公斤级数等；基于机器人的各个关节的负载质量、从每个关节的臂长的末端开始进行末端电机、减速机等部件的初步选型，选定之后，对机器人的末端关节模型进行绘制。

在一种可选的实施例中，在基于动力部件的特征参数确定多轴机器人模型对应的目标机器人所需的动力部件之前，该机器人的仿真处理方法还包括：基于末端关节模型以及多轴机器人的各个关节确定坐标系，以基于坐标系产生特征参数；基于特征参数对多轴机器人模型对应的目标机器人的关节进行选型；基于选择出的关节对目标机器人的本体结构进行绘制。

例如，在通过上述方式进行绘制后，末端关节的电机、减速机和模型将会产生一个基本的力学参数，以多关节的转动轴定坐标系，将产生的多个力学参数，即，关节质量、质心坐标(xyz三个参数)、惯性扭矩以及惯性积(6个参数)，依次对多轴机器人的电机、减速机进行初步选型，随后完成多关节的模型绘制，依据上述步骤对机器人的关节进行选型及其关节的绘制，完成机器人本体机构的初步绘制。

在一种可选的实施例中，基于优化后的各个轴的第二受力值选择多轴机器人模型所需的动力部件的特征参数，包括：对目标机器人的本体结构进行刚体动力学分析，以得到目标机器人在不同姿态下关节力进行提取，得到第二受力值；对第二受力值对应的关节进行受力分析，得到动力部件的特征参数。

在该实施例中，可以在完成对机器人本体结构的初步绘制后，对机器人的本体结构进行刚体动力学分析；需要说明的是，这里不仅要考虑到机器人的极限姿态，还可以考虑机器人不同关节在加速姿态下对机器人关节的冲击；对于多轴的机器人而言可以考虑大臂和小臂的受力及变形，通过对机器人的每个关节轴施加相应的加速度，在不同的姿态下进行大臂和小臂关节力的提取。

另外，在提取到上述特征参数之后，可以基于根据提取的特征参数对应的关节力进行应力、变形分析，以通过分析找出应力较大和关节变形较大的地方，结合关节的铸造工艺，对机器人的关节进行优化设计，保证关节的变形在预定的范围内。

此外，机器人的关节进行优化设计后，还可以再次进行电机、减速机选型的校核，确定初选的电机、减速机性能是否是最优的，如果不是则进行微调，以保证机器人可以达到预定的性能要求。

由上可知，在本发明实施例中，可以通过机器人的承载、HD参数的确定，通过机器人的静态工况进行电机、减速机的初步选型、对关节的结构进行绘制；接着对机器人的关节进行刚体动力学分析，以在不同的姿态下对每个关节进行力的提取；并通过刚体动力学分析提取的关节力对关节进行应力、变形分析，结合机器人关节的铸造工进行对关节的优化，以保证机器人关节的变形在预定的范围内，以对优化后的结构进行电机、减速机的精确选型、校核，保证机器人可以达到预定的性能。

综上所述，通过本发明实施例提供的机器人的仿真处理方法，通过对工业机器人的每个关节在不同姿态下的受力进行分析分析，提取不同姿态下的每个关节的受力情况，以此对机器人的关节进行精准的力学分析，并进行优化设计，保证关节有足够的刚度，提高工业机器人的工作稳定性。

实施例2

根据本发明实施例的另外一个方面，还提供了一种机器人的仿真处理装置，图2是根据本发明实施例的机器人的仿真处理装置的示意图，如图2所示，该机器人的仿真处理装置还包括：提取单元21，分析单元23，优化单元25，选择单元27以及确定单元29。下面对该机器人的仿真处理装置进行说明。

提取单元21，用于提取多轴机器人模型的各个轴在不同姿态下的第一受力数值。

分析单元23，用于基于各个轴在不同姿态下的第一受力数值对各个轴进行分析，得到分析结果。

优化单元25，用于根据分析结果对各个轴进行优化，并获取优化后的各个轴的第二受力数值。

选择单元27，用于基于优化后的各个轴的第二受力值选择多轴机器人模型所需的动力部件的特征参数。

确定单元29，用于基于动力部件的特征参数确定多轴机器人模型对应的目标机器人所需的动力部件。

此处需要说明的是，上述提取单元21，分析单元23，优化单元25，选择单元27以及确定单元29对应于实施例1中的步骤S102至S110，上述单元与对应的步骤所实现的示例和应用场景相同，但不限于上述实施例1所公开的内容。需要说明的是，上述单元作为装置的一部分可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。

由上可知，在本申请上述实施例中，可以利用提取单元提取多轴机器人模型的各个轴在不同姿态下的第一受力数值；然后利用分析单元基于各个轴在不同姿态下的第一受力数值对各个轴进行分析，得到分析结果；接着利用优化单元根据分析结果对各个轴进行优化，并获取优化后的各个轴的第二受力数值；再利用选择单元基于优化后的各个轴的第二受力值选择多轴机器人模型所需的动力部件的特征参数；并利用确定单元基于动力部件的特征参数确定多轴机器人模型对应的目标机器人所需的动力部件。通过本发明实施例提供的机器人的仿真处理装置，实现了对机器人的关节进行精准的力学分析以机器人的动力部件进行精准选型的目的，达到了提高机器人的定位精度的技术效果，进而解决了相关技术中无法对多轴机器人的各个关节的关节载荷进行计算，导致的无法合理地对机器人的电机、减速机等部件进行选型的技术问题。

在一种可选的实施例中，该机器人的仿真处理装置还包括：生成单元，用于在提取多轴机器人模型的在不同姿态下的第一受力数值之前，生成多轴机器人模型；其中，生成单元，包括：第一绘制模块，用于对目标机器人的动力部件进行初步选型，并结合初步选型后的动力部件绘制目标机器人的本体模型；第一获取模块，用于对本体模型进行刚体动力学习分析，得到多轴机器人模型。

在一种可选的实施例中，该机器人的仿真处理装置还包括：第一确定模块，用于在对目标机器人的动力部件进行初步选型，并结合初步选型后的动力部件绘制目标机器人的本体模型之前，基于目标机器人的载荷需求以及目标机器人的工作空间确定目标机器人的各个轴的长度值；第二绘制模块，用于基于各个轴的负载质量以及各个轴的长度值进行动力部件的初步选型，并绘制目标机器人的末端关节模型。

在一种可选的实施例中，该机器人的仿真处理装置还包括：第二确定模块，用于在基于动力部件的特征参数确定多轴机器人模型对应的目标机器人所需的动力部件之前，基于末端关节模型以及多轴机器人的各个关节确定坐标系，以基于坐标系产生特征参数；第三确定模块，用于基于特征参数对多轴机器人模型对应的目标机器人的关节进行选型；第三绘制模块，用于基于选择出的关节对目标机器人的本体结构进行绘制。

在一种可选的实施例中，选择单元，包括：提取模块，用于对目标机器人的本体结构进行刚体动力学分析，以得到目标机器人在不同姿态下关节力进行提取，得到第二受力值；分析模块，用于对第二受力值对应的关节进行受力分析，得到动力部件的特征参数。

实施例3

根据本发明实施例的另外一个方面，还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在计算机程序被处理器运行时控制计算机存储介质所在设备执行上述中任意一项的机器人的仿真处理方法。

实施例4

根据本发明实施例的另外一个方面，还提供了一种处理器，处理器用于运行计算机程序，其中，计算机程序运行时执行上述中任意一项的机器人的仿真处理方法。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。