(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 202210988213.4 (22)申请日 2022.08.17 (71)申请人 南京航空航天大 学 地址 210016 江苏省南京市秦淮区御道街 29号 (72)发明人 段晋军　孙伟栋　王灵禺　崔坤坤　 姜锦程　郭安　吴洪涛　 (74)专利代理 机构 南京业腾知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 32321 专利代理师 缪友益 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) B25J 18/00(2006.01) (54)发明名称 一种冗余双臂 协作机器人系统设计方法 (57)摘要 本发明公开了一种冗余双臂协作机器人系 统设计方法， 包括构建冗余双臂协作机器人主 体， 并选取基座安装相关参数； 获得反映冗余双 臂操纵性能的静态性能指标， 以及面向任务的冗 余双臂的可操纵程度的动态指标； 以构建的冗余 双臂协作机器人主体作为仿真对象先后进行静 态性能指标分析和动态指标分析， 获得基座安装 相关参数的最优解， 其中， 参数包括肩宽、 上倾角 和前倾角， 并基于这三个参数， 通过反映冗余双 臂操纵性能的静态性能指标和面向任务的冗余 双臂的可操纵性的动态性能指标， 在静态性能指 标所得的两个倾角的最优区间内进一步获得了 最优前倾角、 上倾角和最优肩宽， 使得系统中的 冗余双臂获得了最理想的操纵性能， 大大提升了 冗余双臂的操纵性能。 权利要求书2页 说明书6页 附图5页 CN 115284291 A 2022.11.04 CN 115284291 A 1.一种冗余双臂 协作机器人系统设计方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： S1、 构建冗余双臂协作机器人主体， 包括躯干部分、 左手臂组件、 右手臂组件以及基座 部分， 并选取基座 安装相关参数； S2、 获得反映冗余双臂操纵性能的静态性能指标， 以及面向任务的冗余双臂的可操纵 程度的动态指标； S3、 以构建的冗余双臂协作机器人主体作为仿真对象先后进行静态性能指标分析和动 态指标分析， 获得基座 安装相关参数的最优解。 2.根据权利要求1所述的一种冗余双臂协作机器人系统设计方法， 其特征在于： 在步骤 S1中， 所述左手臂组件和右手臂组件采用两个单冗余臂设计， 其构型符合SRS构型的七自由 度拟人化臂结构。 3.根据权利要求2所述的一种冗余双臂协作机器人系统设计方法， 其特征在于： 在步骤 S1中， 基座 安装相关参数包括冗余双臂 协作机器人的肩宽、 上倾角和前倾角。 4.根据权利要求3所述的一种冗余双臂协作机器人系统设计方法， 其特征在于： 在步骤 S2中， 静态性能指标包括冗余双臂的公共工作空间和总工作空间的乘积； 其中， 由蒙特卡洛方法和正向运动学获得冗余双臂 的工作空间， 通过椭球体公式获得 两只单冗余臂的椭圆体工作空间相交所 得的公共工作空间与总工作空间的体积。 5.根据权利要求4所述的一种冗余双臂协作机器人系统设计方法， 其特征在于： 蒙特卡 洛方法的公式为： 其中， 其中， 和 分别代表关节角 度的最大值和最小值； Rand()代 表的是一个随机函数， 其取值在0与1之间； 椭球体公式为： V＝(4π3) ×(abc)； 其中， V为椭球体的体积； a、 b、 c分别 代表的为椭球体 三个轴的长度的一半。 6.根据权利要求3所述的一种冗余双臂协作机器人系统设计方法， 其特征在于： 在步骤 S2中， 静态性能指标包括冗余双臂的旋转角度， 该旋转角度由冗余臂上的肩部、 肘部以及 腕 部组成的平面与参 考平面形成的夹角。 7.根据权利要求3所述的一种冗余双臂协作机器人系统设计方法， 其特征在于： 在步骤 S2中， 静态性能指标包括冗余双臂的受力情况FC与运动能力MC， 求解公式为： 8.根据权利要求3所述的一种冗余双臂协作机器人系统设计方法， 其特征在于： 静态性 能指标包括冗余双臂的可操纵性 程度DAMM， 其表达式为： 其中， P1为固定公共工作空间的一个点， 在每个上/前倾角中改变旋转角度以获得DAMM (P1)。 9.根据权利要求3所述的一种冗余双臂协作机器人系统设计方法， 其特征在于： 在步骤 S2中， 获取面向任务的冗余双臂的可操纵程度的动态指标 具体为： a、 根据任务要求获得速度和力的可操纵性程度椭球体， 将所需可操 纵性程度椭球体与 实际可操纵性程度椭球体的交点定义为面向任务的可操作性， 并以矩阵的形式获得描述面权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115284291 A 2向任务的可操纵性 程度的表达式： b、 将面向任务的可操纵性程度TOMM与冗余双臂的可操纵性程度DAMM综合获得面向任 务的冗余双臂的可操纵程度TODAMM， 并以矩阵的形式获得TODAMM的数学形式的表达式： c、 通过蒙特卡洛方法设计一条处于公共工作空间的轨迹， 由任务要求给出所需的可操 纵程度。 10.根据权利要求3所述的一种冗余双臂协作机器人系统设计方法， 其特征在于： 在步 骤S3中， 首先获得在各个上倾角/前倾角、 肩宽情况下针对单一静态性能指标的仿真结果 图， 确定上倾角和前倾角， 以及肩宽的局部最优范围； 接着以静态分析的结果作为输入值， 进行面对具体任务的动态分析， 确定上倾角和前倾角， 以及肩宽在冗余双臂的操纵性能最 为理想的状况 下的最优解。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115284291 A 3