工业机器人的性能参数获取方法及装置与流程

本发明涉及数据仿真技术领域，具体而言，涉及一种工业机器人的性能参数获取方法及装置。

背景技术：

随着工业机器人的技术越来越成熟，对工业机器人的性能要求也越来越高。目前工业机器人性能参数的获取都是试验得到，在设计初期无法评估工业机器人的性能参数，这样存在工业机器人设计不合理无法在设计初期发现，导致机器人设计周期较长。

针对上述相关技术中工业机器人设计初期无法评估其性能参数，导致的工业机器人设计初期存在的问题无法及时发现的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种工业机器人的性能参数获取方法及装置，以至少解决相关技术中工业机器人设计初期无法评估其性能参数，导致的工业机器人设计初期存在的问题无法及时发现的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种工业机器人的性能参数获取方法，包括：基于工业机器人模型生成工业机器人的刚体动力学分析模型；按照所述工业机器人模型生成所述工业机器人的有限元分析模型；按照所述刚体动力学分析模型获取所述工业机器人各个关节的力矩；基于所述各个关节的力矩以及所述有限元分析模型对所述工业机器人进行模态动力学分析，得到所述工业机器人的性能参数。

可选地，基于工业机器人模型生成工业机器人的刚体动力学分析模型，包括：基于所述工业机器人的特征参数生成所述工业机器人模型；将所述工业机器人模型输入机械系统动力学自动分析系统adams；利用所述adams生成所述工业机器人的刚体动力学分析模型。

可选地，基于工业机器人模型生成工业机器人的刚体动力学分析模型，包括：基于所述工业机器人的特征参数生成所述工业机器人模型；将所述工业机器人模型输入预定有限元分析软件；利用所述有限元分析软件生成所述工业机器人的有限元分析模型。

可选地，基于所述各个关节的力矩以及所述有限元分析模型对所述工业机器人进行模态动力学分析，包括：利用所述有限元分析模型对所述工业机器人进行模态分析，得到所述工业机器人的固有频率；利用所述有限元分析模型，基于所述固有频率以及所述各个关节的力矩对所述工业机器人进行模态动力学分析。

可选地，基于所述各个关节的力矩以及所述有限元分析模型对所述工业机器人进行模态动力学分析，得到所述工业机器人的性能参数，包括：确定所述工业机器人测试点处的位移变化曲线；在所述位移变化曲线上确定稳定时间后所述测试点的最大振幅，得到所述工业机器人的性能参数。

可选地，在基于所述各个关节的力矩以及所述有限元分析模型对所述工业机器人进行模态动力学分析，得到所述工业机器人的性能参数之后，该工业机器人的性能参数获取方法还包括：对所述性能参数进行分析，得到分析结果；若所述分析结果表示所述工业机器人满足预定需求信息，确定所述性能参数合格；若所述分析结果表示所述工业机器人不满足预定需求信息，对所述工业机器人进行结构优化，并重新获取结构优化后的工业机器人的性能参数。

根据本发明实施例的另外一个发明，还提供了一种工业机器人的性能参数获取装置，包括：第一生成单元，用于基于工业机器人模型生成工业机器人的刚体动力学分析模型；第二生成单元，用于按照所述工业机器人模型生成所述工业机器人的有限元分析模型；第一获取单元，用于按照所述刚体动力学分析模型获取所述工业机器人各个关节的力矩；第二获取单元，用于基于所述各个关节的力矩以及所述有限元分析模型对所述工业机器人进行模态动力学分析，得到所述工业机器人的性能参数。

可选地，所述第一生成单元，包括：第一生成模块，用于基于所述工业机器人的特征参数生成所述工业机器人模型；第一输入模块，用于将所述工业机器人模型输入机械系统动力学自动分析系统adams；第二生成模块，用于利用所述adams生成所述工业机器人的刚体动力学分析模型。

可选地，所述第二生成单元，包括：第三生成模块，用于基于所述工业机器人的特征参数生成所述工业机器人模型；第二输入模块，用于将所述工业机器人模型输入预定有限元分析软件；第四生成模块，用于利用所述有限元分析软件生成所述工业机器人的有限元分析模型。

可选地，所述第二获取单元，包括：第一获取模块，用于利用所述有限元分析模型对所述工业机器人进行模态分析，得到所述工业机器人的固有频率；分析模块，用于利用所述有限元分析模型，基于所述固有频率以及所述各个关节的力矩对所述工业机器人进行模态动力学分析。

可选地，所述第二获取单元，包括：确定模块，用于确定所述工业机器人测试点处的位移变化曲线；第二获取模块，用于在所述位移变化曲线上确定稳定时间后所述测试点的最大振幅，得到所述工业机器人的性能参数。

可选地，该工业机器人的性能参数获取装置还包括：分析单元，用于在基于所述各个关节的力矩以及所述有限元分析模型对所述工业机器人进行模态动力学分析，得到所述工业机器人的性能参数之后，对所述性能参数进行分析，得到分析结果；确定单元，用于在所述分析结果表示所述工业机器人满足预定需求信息，确定所述性能参数合格；优化单元，用于在所述分析结果表示所述工业机器人不满足预定需求信息，对所述工业机器人进行结构优化，并重新获取结构优化后的工业机器人的性能参数。

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一项所述的工业机器人的性能参数获取方法。

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一项所述的工业机器人的性能参数获取方法。

在本发明实施例中，基于工业机器人模型生成工业机器人的刚体动力学分析模型；按照工业机器人模型生成工业机器人的有限元分析模型；按照刚体动力学分析模型获取工业机器人各个关节的力矩；基于各个关节的力矩以及有限元分析模型对工业机器人进行模态动力学分析，得到工业机器人的性能参数。通过本发明实施例提供的工业机器人的性能参数获取方法，实现了对工业机器人模型进行动力学分析以及有限元分析以得到机器人的性能参数的目的，达到了提高机器人设计可靠性的技术效果，进而解决了相关技术中工业机器人设计初期无法评估其性能参数，导致的工业机器人设计初期存在的问题无法及时发现的技术问题。

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工业机器人的性能参数获取方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的可选的工业机器人的性能参数获取方法的流程图；

图3是根据本发明实施例的位移变化曲线的示意图；

图4是根据本发明实施例的工业机器人的性能参数获取装置的示意图。

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。

为了便于描述，下面对本发明实施例中出现的部分名词或术语进行说明。

机械系统动力学自动分析系统(automaticdynamicanalysisofmechanicalsystems，简称adams)，使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数化的机械系统几何模型，其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格朗日方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，输出位移、速度、加速度和反作用力曲线。

abaqus，是一套功能强大的工程模拟的有限元软件，其解决问题的范围从相对简单的线性分析到许多复杂的非线性问题。

实施例1

根据本发明实施例，提供了一种工业机器人的性能参数获取方法的方法实施例，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工业机器人的性能参数获取方法的流程图，如图1所示，该工业机器人的性能参数获取方法包括如下步骤：

步骤s102，基于工业机器人模型生成工业机器人的刚体动力学分析模型。

可选的，这里的工业机器人模型可以为三维模型，接着基于该三维模型生成工业机器人的刚体动力学分析模型。

步骤s104，按照工业机器人模型生成工业机器人的有限元分析模型。

可选的，这里的工业机器人模型同样为三维模型，可以基于该三维模型生成工业机器人的有限元分析模型。

步骤s106，按照刚体动力学分析模型获取工业机器人各个关节的力矩。

这里可以对刚体动力学分析模型进行分析，得到工业机器人各个关节的力矩。

步骤s108，基于各个关节的力矩以及有限元分析模型对工业机器人进行模态动力学分析，得到工业机器人的性能参数。

由上可知，在本发明实施例中，可以基于工业机器人模型生成工业机器人的刚体动力学分析模型，然后按照工业机器人模型生成工业机器人的有限元分析模型，同时按照刚体动力学分析模型获取工业机器人各个关节的力矩，并基于各个关节的力矩以及有限元分析模型对工业机器人进行模态动力学分析，得到工业机器人的性能参数，实现了对工业机器人模型进行动力学分析以及有限元分析以得到机器人的性能参数的目的，达到了提高机器人设计可靠性的技术效果。

因此，通过本发明实施例提供的工业机器人的性能参数获取方法，解决了相关技术中工业机器人设计初期无法评估其性能参数，导致的工业机器人设计初期存在的问题无法及时发现的技术问题。

作为一种可选的实施例，基于工业机器人模型生成工业机器人的刚体动力学分析模型，包括：基于工业机器人的特征参数生成工业机器人模型；将工业机器人模型输入机械系统动力学自动分析系统adams；利用adams生成工业机器人的刚体动力学分析模型。

在该实施例中，可以先生成工业机器人的三维模型，接着将工业机器人的三维模型输入到adams，通过adams建立工业机器人的刚体动力学分析模型。

作为一种可选的实施例，基于工业机器人模型生成工业机器人的刚体动力学分析模型，包括：基于工业机器人的特征参数生成工业机器人模型；将工业机器人模型输入预定有限元分析软件；利用有限元分析软件生成工业机器人的有限元分析模型。

在该实施例中，可以先生成工业机器人的三维模型，接着将工业机器人的三维模型输入到预定有限元分析软件，例如，abaqus；从而可以通过预定有限元分析软件生成所述机器人的有限元分析模型。

作为一种可选的实施例，基于各个关节的力矩以及有限元分析模型对工业机器人进行模态动力学分析，包括：利用有限元分析模型对工业机器人进行模态分析，得到工业机器人的固有频率；利用有限元分析模型，基于固有频率以及各个关节的力矩对工业机器人进行模态动力学分析。

在该实施例中，可以利用有限元分析模型对工业机器人进行模态分析，从而可以获得工业机器人的固有频率。

作为一种可选的实施例，基于各个关节的力矩以及有限元分析模型对工业机器人进行模态动力学分析，得到工业机器人的性能参数，包括：确定工业机器人测试点处的位移变化曲线；在位移变化曲线上确定稳定时间后测试点的最大振幅，得到工业机器人的性能参数。

在该实施例中，可以对工业机器人进行模态动力学分析，具体地，可以将工业机器人的各个关节的力矩作为模态动力学分析过程中的载荷，将力矩设置为一个时间极短的阶跃载荷。需要说明的是，这里需要确保分析的时间足够长，以确保振幅最后时刻能够衰减到0.

作为一种可选的实施例，在基于各个关节的力矩以及有限元分析模型对工业机器人进行模态动力学分析，得到工业机器人的性能参数之后，该工业机器人的性能参数获取方法还包括：对性能参数进行分析，得到分析结果；若分析结果表示工业机器人满足预定需求信息，确定性能参数合格；若分析结果表示工业机器人不满足预定需求信息，对工业机器人进行结构优化，并重新获取结构优化后的工业机器人的性能参数。

在该实施例中，可以通过对性能参数进行分析，以确定设计的工业机器人是否满足预定需求信息，进而确定性能参数是否合格

图2是根据本发明实施例的可选的工业机器人的性能参数获取方法的流程图，如图2所示，可以将工业机器人的三维模型导入adams和abaqus，分别建立工业机器人的动力学分析模型和有限元分析模型；接着可以根据动力学分析模型获取工业机器人的各个逛街的力矩，并在有限元分析模型的基础上对工业机器人进行模态分析；接下来在获取的各个关节的力矩的基础上对工业机器人进行模态动力分析；在模态动力学分析后，进行后处理确定性能参数；并判断性能参数是否满足要求；若是，则完成设计；反之，则对工业机器人进行结构优化，并重新获取结构优化后的工业机器人的性能参数。

在本发明实施例中，可以通过将工业机器人的三维模型导入adams，建立工业机器人的刚体动力学分析模型，接着确定工业机器人在各测试工况下的各个关节转角与转速，在adams里设置好对应的参数，进行仿真分析，并在后处理过程中读取各个关节停止时刻的力矩；同时将工业机器人的三维模型导入abaqus，建立工业机器人的有限元分析模型，对工业机器人的有限元分析模型进行模态分析，以得到工业机器人的固有频率；接着对工业机器人进行模态分析，此处将各个关节的力矩作为这里的载荷，将力矩设置为一个时间极短的阶跃载荷，并保证分析时间足够长，确保振幅最后时刻能够衰减到0；并在后处理中查看测试点处的位移变化曲线，这里的位移变化曲线为一个幅值按指数规律衰减的正弦振动。需要说明的是，这里的稳定时间的规定可通过如图3所示(图3是根据本发明实施例的位移变化曲线的示意图)曲线确定.

另外，需要说明的是，在本发明实施例中，仿真分析其余测试工况下的位移变化曲线，读取稳定时间后的测试点的最大振幅，即为测试工况下的性能参数，比如位置准确性、轨迹准确性等。在通过工业机器人满足设计要求时，则确定性能参数合格；反之，则重新获取性能参数，直到性能满足要求为止。

综上所述，通过本发明实施例提供的工业机器人的性能参数获取方法，可以利用adams的动力学分析，求解工业机器人在各性能测试结束时刻的各关节的力矩，然后在abaqus的modaldynamics分析步中加载读取的力矩，先通过仿真确定工业机器人的稳定时间，然后再分析工业机器人轨迹准确度等测试条件下测试点的振动情况，测试点在工业机器人稳定时间后的振幅值即为对应的性能测试的结果。由于本发明实施例中，通过adams的动力学分析获取工业机器人测试情况下的关节力矩，并可将关节力矩作为载荷，利用abaqus的modaldynamics分析步仿真分析工业机器人测试时的振动，从而获得其性能参数，采用这种方法可以在工业机器人三维设计完成后通过仿真分析其性能参数，并根据仿真结果对结构进行优化，不需要等工业机器人装配完成后才能知道其性能参数，大大缩短设计周期。

实施例2

根据本发明实施例的另外一个发明，还提供了一种工业机器人的性能参数获取装置，图4是根据本发明实施例的工业机器人的性能参数获取装置的示意图，如图4所示，该工业机器人的性能参数获取装置可以包括：第一生成单元41、第二生成单元43、第一获取单元45以及第二获取单元47。下面对该工业机器人的性能参数获取装置进行说明。

第一生成单元41，用于基于工业机器人模型生成工业机器人的刚体动力学分析模型。

第二生成单元43，用于按照工业机器人模型生成工业机器人的有限元分析模型。

第一获取单元45，用于按照刚体动力学分析模型获取工业机器人各个关节的力矩。

第二获取单元47，用于基于各个关节的力矩以及有限元分析模型对工业机器人进行模态动力学分析，得到工业机器人的性能参数。

此处需要说明的是，上述第一生成单元41、第二生成单元43、第一获取单元45以及第二获取单元47对应于实施例1中的步骤s102至s108，上述模块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，上述模块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，在本发明实施例中，可以利用第一生成单元基于工业机器人模型生成工业机器人的刚体动力学分析模型；然后利用第二生成单元按照工业机器人模型生成工业机器人的有限元分析模型；接着利用第一获取单元按照刚体动力学分析模型获取工业机器人各个关节的力矩；以及利用第二获取单元基于各个关节的力矩以及有限元分析模型对工业机器人进行模态动力学分析，得到工业机器人的性能参数。通过本发明实施例提供的工业机器人的性能参数获取装置，实现了对工业机器人模型进行动力学分析以及有限元分析以得到机器人的性能参数的目的，达到了提高机器人设计可靠性的技术效果，解决了相关技术中工业机器人设计初期无法评估其性能参数，导致的工业机器人设计初期存在的问题无法及时发现的技术问题。

可选地，第一生成单元，包括：第一生成模块，用于基于工业机器人的特征参数生成工业机器人模型；第一输入模块，用于将工业机器人模型输入机械系统动力学自动分析系统adams；第二生成模块，用于利用adams生成工业机器人的刚体动力学分析模型。

可选地，第二生成单元，包括：第三生成模块，用于基于工业机器人的特征参数生成工业机器人模型；第二输入模块，用于将工业机器人模型输入预定有限元分析软件；第四生成模块，用于利用有限元分析软件生成工业机器人的有限元分析模型。

可选地，第二获取单元，包括：第一获取模块，用于利用有限元分析模型对工业机器人进行模态分析，得到工业机器人的固有频率；分析模块，用于利用有限元分析模型，基于固有频率以及各个关节的力矩对工业机器人进行模态动力学分析。

可选地，第二获取单元，包括：确定模块，用于确定工业机器人测试点处的位移变化曲线；第二获取模块，用于在位移变化曲线上确定稳定时间后测试点的最大振幅，得到工业机器人的性能参数。

可选地，该工业机器人的性能参数获取装置还包括：分析单元，用于在基于各个关节的力矩以及有限元分析模型对工业机器人进行模态动力学分析，得到工业机器人的性能参数之后，对性能参数进行分析，得到分析结果；确定单元，用于在分析结果表示工业机器人满足预定需求信息，确定性能参数合格；优化单元，用于在分析结果表示工业机器人不满足预定需求信息，对工业机器人进行结构优化，并重新获取结构优化后的工业机器人的性能参数。

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一项的工业机器人的性能参数获取方法。

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一项的工业机器人的性能参数获取方法。

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-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、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。