本技術(shù)一般涉及機(jī)械爪設(shè)計(jì)，具體涉及一種夾持方向可調(diào)節(jié)機(jī)械爪的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

1、在現(xiàn)有機(jī)械結(jié)構(gòu)中，機(jī)械指的傳動(dòng)與控制對(duì)于實(shí)現(xiàn)精確夾持操作至關(guān)重要。目前的機(jī)械指通過(guò)特定的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳動(dòng)，由電機(jī)控制傳動(dòng)結(jié)構(gòu)移動(dòng)，進(jìn)而改變機(jī)械指姿態(tài)。然而，當(dāng)電機(jī)提供恒定驅(qū)動(dòng)力時(shí)，機(jī)械爪對(duì)物體的夾持力卻會(huì)出現(xiàn)變化，這極大地影響了夾持的穩(wěn)定性與可靠性，無(wú)法滿足對(duì)夾持精度要求較高的工業(yè)生產(chǎn)、自動(dòng)化裝配等場(chǎng)景需求。因此，我們提出一種夾持方向可調(diào)節(jié)機(jī)械爪的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法用以解決上述問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷或不足，期望提供一種提高機(jī)械爪夾持的穩(wěn)定性和精度的夾持方向可調(diào)節(jié)機(jī)械爪的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法。

2、本技術(shù)提供一種夾持方向可調(diào)節(jié)機(jī)械爪的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，應(yīng)用于夾持方向可調(diào)節(jié)機(jī)械爪，所述夾持方向可調(diào)節(jié)機(jī)械爪包括：安裝座；轉(zhuǎn)動(dòng)塊，所述轉(zhuǎn)動(dòng)塊具有多個(gè)，且均以第一方向的平行線為軸可轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在所述安裝座上；機(jī)械指組件，所述機(jī)械指組件具有多組，且分別可轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在多個(gè)所述轉(zhuǎn)動(dòng)塊上；所述第一傳動(dòng)組件包括：第一驅(qū)動(dòng)裝置，所述第一驅(qū)動(dòng)裝置安裝在所述安裝座上；第一傳動(dòng)件，所述第一傳動(dòng)件與所述第一驅(qū)動(dòng)裝置連接，用于在所述第一驅(qū)動(dòng)裝置的帶動(dòng)下沿第一方向移動(dòng)；多個(gè)第二傳動(dòng)件，多個(gè)所述第二傳動(dòng)件均與所述第一傳動(dòng)件可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，且旋轉(zhuǎn)軸平行于所述第一方向；多個(gè)第三傳動(dòng)件，多個(gè)所述第三傳動(dòng)件一端分別與多個(gè)所述第二傳動(dòng)件可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，且轉(zhuǎn)動(dòng)軸垂直于第一方向；另一端分別與多組所述機(jī)械指組件可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，且轉(zhuǎn)動(dòng)軸垂直于第一方向；所述第一傳動(dòng)件在所述第一驅(qū)動(dòng)裝置的帶動(dòng)下，沿所述第一方向移動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)所述第二傳動(dòng)件與所述第三傳動(dòng)件運(yùn)動(dòng)，并帶動(dòng)所述機(jī)械指組件相互靠近或遠(yuǎn)離；所述方法包括以下步驟：

3、獲取第一距離、所述第三傳動(dòng)件和所述第二傳動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)連接的端部的切線與豎直方向形成的第一夾角和所述第三傳動(dòng)件和所述機(jī)械指組件轉(zhuǎn)動(dòng)連接的端部的切線與豎直方向形成的第二夾角；所述第一夾角和所述第二夾角的開(kāi)口相對(duì)設(shè)置；所述第一距離為所述第一傳動(dòng)件的長(zhǎng)度和與其轉(zhuǎn)動(dòng)連接的所述第二傳動(dòng)件的長(zhǎng)度之和；

4、基于初始驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)、所述第一距離、所述第一夾角和所述第二夾角進(jìn)行仿真，得到多個(gè)仿真夾持力數(shù)據(jù)；所述初始驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)包括多個(gè)第二距離和與所述第二距離對(duì)應(yīng)的第一驅(qū)動(dòng)力；所述第二距離為所述安裝座的中心點(diǎn)至所述第一驅(qū)動(dòng)裝置中心點(diǎn)的距離；

5、將所述第一距離、所述第二距離、所述第一夾角、所述第二夾角作為輸入數(shù)據(jù)，將實(shí)際測(cè)量的機(jī)械指夾持力作為輸出數(shù)據(jù)，以及將所述仿真夾持力數(shù)據(jù)作為標(biāo)簽數(shù)據(jù)，進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，并構(gòu)建復(fù)雜非線性關(guān)系模型；

6、基于所述復(fù)雜非線性關(guān)系模型和粒子群算法，對(duì)所述第一距離、所述第一夾角和所述第二夾角進(jìn)行尋優(yōu)，得到最優(yōu)設(shè)計(jì)參數(shù)集合；所述最優(yōu)設(shè)計(jì)參數(shù)集合包括最優(yōu)第一距離、最優(yōu)第一夾角和最優(yōu)第二夾角；

7、獲取所述第三傳動(dòng)件和所述機(jī)械指組件轉(zhuǎn)動(dòng)連接的端部的位置坐標(biāo)，根據(jù)所述最優(yōu)設(shè)計(jì)參數(shù)集合和所述位置坐標(biāo)，構(gòu)建貝塞爾曲線，并以所述貝塞爾曲線的形狀作為所述第三傳動(dòng)件的最優(yōu)形狀，以所述最優(yōu)第一距離作為第一傳動(dòng)件和所述第二傳動(dòng)件的最優(yōu)總長(zhǎng)度。

8、根據(jù)本技術(shù)實(shí)施例提供的技術(shù)方案，基于所述復(fù)雜非線性關(guān)系模型和粒子群算法，對(duì)所述第一距離、所述第一夾角和所述第二夾角進(jìn)行尋優(yōu)，得到最優(yōu)設(shè)計(jì)參數(shù)集合，具體包括以下步驟：

9、在解空間內(nèi)，以預(yù)設(shè)數(shù)量的隨機(jī)初始化位置和速度的粒子為基礎(chǔ)，并在每次迭代后，將迭代所得的第一距離、第一夾角、第二夾角以及所述初始驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)輸入至所述復(fù)雜非線性關(guān)系模型，得到預(yù)測(cè)夾持力；

10、將所述預(yù)測(cè)夾持力輸入至適應(yīng)度函數(shù)，計(jì)算得到每次迭代后粒子的適應(yīng)度值；所述適應(yīng)度函數(shù)為多個(gè)夾持力標(biāo)準(zhǔn)差的負(fù)值；

11、當(dāng)?shù)螖?shù)達(dá)到預(yù)設(shè)次數(shù)時(shí)，或者，當(dāng)所述適應(yīng)度值達(dá)到所述適應(yīng)度函數(shù)的歷史最大值且連續(xù)多次迭代不變時(shí)，輸出最優(yōu)設(shè)計(jì)參數(shù)集合。

12、根據(jù)本技術(shù)實(shí)施例提供的技術(shù)方案，所述適應(yīng)度函數(shù)為：

13、；

14、其中，為適應(yīng)度函數(shù)，為預(yù)測(cè)夾持力的總個(gè)數(shù)，為第i個(gè)預(yù)測(cè)夾持力，為預(yù)測(cè)夾持力總和的平均值。

15、根據(jù)本技術(shù)實(shí)施例提供的技術(shù)方案，獲取所述第三傳動(dòng)件和所述機(jī)械指組件轉(zhuǎn)動(dòng)連接的端部的位置坐標(biāo)，具體包括以下步驟：

16、在所述夾持方向可調(diào)節(jié)機(jī)械爪處于未工作狀態(tài)時(shí)，以所述安裝座的中心點(diǎn)為原點(diǎn)，以過(guò)原點(diǎn)且與所述安裝座徑向方向平行的延長(zhǎng)線作為x軸，以過(guò)原點(diǎn)且過(guò)所述第一驅(qū)動(dòng)裝置中心點(diǎn)的延長(zhǎng)線作為y軸，以過(guò)原點(diǎn)、與所述安裝座徑向方向垂直且與所述第一驅(qū)動(dòng)裝置中心軸線垂直的延長(zhǎng)線作為z軸，構(gòu)建三維坐標(biāo)系；

17、在所述三維坐標(biāo)系中，獲取位置坐標(biāo)。

18、根據(jù)本技術(shù)實(shí)施例提供的技術(shù)方案，基于初始驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)、所述第一距離、所述第一夾角和所述第二夾角進(jìn)行仿真，得到多個(gè)仿真夾持力數(shù)據(jù)，具體包括以下步驟：

19、基于機(jī)械仿真軟件，按照預(yù)設(shè)參數(shù)范圍和預(yù)設(shè)步長(zhǎng)，選取第一距離、第一夾角和第二夾角，并和所述初始驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)隨機(jī)組合，生成多個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)組合；所述設(shè)計(jì)參數(shù)組合包括隨機(jī)匹配的第一距離、第一夾角、第二夾角和初始驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)；

20、將所述設(shè)計(jì)參數(shù)組合輸入至仿真模型中，得到每個(gè)所述設(shè)計(jì)參數(shù)組合對(duì)應(yīng)的仿真夾持力數(shù)據(jù)。

21、根據(jù)本技術(shù)實(shí)施例提供的技術(shù)方案，根據(jù)所述最優(yōu)設(shè)計(jì)參數(shù)集合和所述位置坐標(biāo)，構(gòu)建貝塞爾曲線，具體包括以下步驟：

22、在三維坐標(biāo)系中，根據(jù)所述第一距離，確定第一坐標(biāo)和第二坐標(biāo)；所述第一坐標(biāo)為所述第三傳動(dòng)件和所述第二傳動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)連接的端部的坐標(biāo)，所述第二坐標(biāo)為所述第三傳動(dòng)件和所述機(jī)械指組件轉(zhuǎn)動(dòng)連接的端部的坐標(biāo)；

23、根據(jù)所述第一坐標(biāo)和所述第一角度，計(jì)算所述第三傳動(dòng)件和所述第二傳動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)連接的端部的第一切線；并根據(jù)所述第二坐標(biāo)和所述第二角度，計(jì)算所述第三傳動(dòng)件和所述機(jī)械指組件轉(zhuǎn)動(dòng)連接的端部的第二切線；

24、計(jì)算所述第一切線和所述第二切線的交點(diǎn)處的第三坐標(biāo)，并根據(jù)所述第一坐標(biāo)、所述第二坐標(biāo)和所述第三坐標(biāo)，構(gòu)建貝塞爾曲線。

25、根據(jù)本技術(shù)實(shí)施例提供的技術(shù)方案，所述貝塞爾曲線為：

26、；

27、其中，為貝塞爾曲線；t為參數(shù)，其取值范圍是[0,1]；為第三傳動(dòng)件與機(jī)械指組件轉(zhuǎn)動(dòng)連接的端部位置；為第三傳動(dòng)件和第二傳動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)連接的端部位置，即最優(yōu)第一坐標(biāo)所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)；為以為起點(diǎn)，根據(jù)最優(yōu)第二夾角β確定一個(gè)方向向量，在該方向上選取的位置；為以為起點(diǎn)，根據(jù)最優(yōu)第一夾角α確定一個(gè)方向向量，在該方向上選取的位置。

28、根據(jù)本技術(shù)實(shí)施例提供的技術(shù)方案，還包括以下步驟：

29、根據(jù)構(gòu)建好的第三傳動(dòng)件的形狀和尺寸，選擇相應(yīng)的制造工藝進(jìn)行生產(chǎn)，并將制造好的第三傳動(dòng)件裝配到夾持方向可調(diào)節(jié)機(jī)械爪中，并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)試和校準(zhǔn)；

30、對(duì)裝配好的機(jī)械爪進(jìn)行實(shí)際測(cè)試，測(cè)量其在不同工況下的夾持力和夾持方向調(diào)節(jié)性能；如果實(shí)際測(cè)試結(jié)果與仿真結(jié)果的偏差超出預(yù)設(shè)值，則分析偏差產(chǎn)生原因并執(zhí)行相應(yīng)的改進(jìn)措施。

31、由上述技術(shù)方案可知，本技術(shù)至少具有如下有益效果：

32、本技術(shù)提供一種夾持方向可調(diào)節(jié)機(jī)械爪的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，其包括：獲取第一距離、第三傳動(dòng)件和第二傳動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)連接的端部的切線與豎直方向形成的第一夾角和第三傳動(dòng)件和機(jī)械指組件轉(zhuǎn)動(dòng)連接的端部的切線與豎直方向形成的第二夾角；第一夾角和第二夾角的開(kāi)口相對(duì)設(shè)置；基于初始驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)、第一距離、第一夾角和第二夾角進(jìn)行仿真，得到多個(gè)仿真夾持力數(shù)據(jù)；初始驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)包括多個(gè)第二距離和與第二距離對(duì)應(yīng)的第一驅(qū)動(dòng)力；將第一距離、第二距離、第一夾角、第二夾角作為輸入數(shù)據(jù)，將實(shí)際測(cè)量的機(jī)械指夾持力作為輸出數(shù)據(jù)，以及將仿真夾持力數(shù)據(jù)作為標(biāo)簽數(shù)據(jù)，進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，并構(gòu)建復(fù)雜非線性關(guān)系模型；基于復(fù)雜非線性關(guān)系模型和粒子群算法，對(duì)第一距離、第一夾角和第二夾角進(jìn)行尋優(yōu)，得到最優(yōu)設(shè)計(jì)參數(shù)集合；最優(yōu)設(shè)計(jì)參數(shù)集合包括最優(yōu)第一距離、最優(yōu)第一夾角和最優(yōu)第二夾角；獲取第三傳動(dòng)件和機(jī)械指組件轉(zhuǎn)動(dòng)連接的端部的位置坐標(biāo)，根據(jù)最優(yōu)設(shè)計(jì)參數(shù)集合和位置坐標(biāo)，構(gòu)建貝塞爾曲線，并以貝塞爾曲線的形狀作為第三傳動(dòng)件的最優(yōu)形狀，以最優(yōu)第一距離作為第一傳動(dòng)件和第二傳動(dòng)件的最優(yōu)總長(zhǎng)度。

33、本技術(shù)通過(guò)對(duì)關(guān)鍵參數(shù)的精確尋優(yōu)和第三傳動(dòng)件形狀的優(yōu)化，即從幾何形狀上優(yōu)化傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，使其更符合力學(xué)傳遞要求，能夠有效提高機(jī)械爪的夾持力穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。在實(shí)際應(yīng)用中，機(jī)械爪可以更可靠地抓取不同形狀和重量的物體，減少夾持過(guò)程中的失誤和偏差，提升工作效率和質(zhì)量。并且，本技術(shù)考慮了多種參數(shù)和不同工況下的仿真與優(yōu)化，使得機(jī)械爪能夠適應(yīng)更廣泛的工作環(huán)境和任務(wù)要求，增強(qiáng)機(jī)械爪的通用性和實(shí)用性。