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

背景技術(shù)：

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

技術(shù)實現(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械爪夾持的穩(wěn)定性和精度的夾持方向可調(diào)節(jié)機械爪的傳動結(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)機械爪的傳動結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，應(yīng)用于夾持方向可調(diào)節(jié)機械爪，所述夾持方向可調(diào)節(jié)機械爪包括：安裝座；轉(zhuǎn)動塊，所述轉(zhuǎn)動塊具有多個，且均以第一方向的平行線為軸可轉(zhuǎn)動安裝在所述安裝座上；機械指組件，所述機械指組件具有多組，且分別可轉(zhuǎn)動安裝在多個所述轉(zhuǎn)動塊上；所述第一傳動組件包括：第一驅(qū)動裝置，所述第一驅(qū)動裝置安裝在所述安裝座上；第一傳動件，所述第一傳動件與所述第一驅(qū)動裝置連接，用于在所述第一驅(qū)動裝置的帶動下沿第一方向移動；多個第二傳動件，多個所述第二傳動件均與所述第一傳動件可轉(zhuǎn)動連接，且旋轉(zhuǎn)軸平行于所述第一方向；多個第三傳動件，多個所述第三傳動件一端分別與多個所述第二傳動件可轉(zhuǎn)動連接，且轉(zhuǎn)動軸垂直于第一方向；另一端分別與多組所述機械指組件可轉(zhuǎn)動連接，且轉(zhuǎn)動軸垂直于第一方向；所述第一傳動件在所述第一驅(qū)動裝置的帶動下，沿所述第一方向移動時，帶動所述第二傳動件與所述第三傳動件運動，并帶動所述機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、所述第三傳動件和所述第二傳動件轉(zhuǎn)動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件和所述機械指組件轉(zhuǎn)動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口相對設(shè)置；所述第一距離為所述第一傳動件的長度和與其轉(zhuǎn)動連接的所述第二傳動件的長度之和；

4、基于初始驅(qū)動數(shù)據(jù)庫、所述第一距離、所述第一夾角和所述第二夾角進(jìn)行仿真，得到多個仿真夾持力數(shù)據(jù)；所述初始驅(qū)動數(shù)據(jù)庫包括多個第二距離和與所述第二距離對應(yīng)的第一驅(qū)動力；所述第二距離為所述安裝座的中心點至所述第一驅(qū)動裝置中心點的距離；

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)，將實際測量的機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)計參數(shù)集合；所述最優(yōu)設(shè)計參數(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、獲取所述第三傳動件和所述機械指組件轉(zhuǎn)動連接的端部的位置坐標(biāo)，根據(jù)所述最優(yōu)設(shè)計參數(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件的最優(yōu)形狀，以所述最優(yōu)第一距離作為第一傳動件和所述第二傳動件的最優(yōu)總長度。

8、根據(jù)本技術(shù)實施例提供的技術(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)動數(shù)據(jù)庫輸入至所述復(fù)雜非線性關(guān)系模型，得到預(yù)測夾持力；

10、將所述預(yù)測夾持力輸入至適應(yīng)度函數(shù)，計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，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，輸出最優(yōu)設(shè)計參數(shù)集合。

12、根據(jù)本技術(shù)實施例提供的技術(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)測夾持力的總個數(shù)，為第i個預(yù)測夾持力，為預(yù)測夾持力總和的平均值。

15、根據(jù)本技術(shù)實施例提供的技術(shù)方案，獲取所述第三傳動件和所述機械指組件轉(zhuǎn)動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)機械爪處于未工作狀態(tài)時，以所述安裝座的中心點為原點，以過原點且與所述安裝座徑向方向平行的延長線作為x軸，以過原點且過所述第一驅(qū)動裝置中心點的延長線作為y軸，以過原點、與所述安裝座徑向方向垂直且與所述第一驅(qū)動裝置中心軸線垂直的延長線作為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)實施例提供的技術(shù)方案，基于初始驅(qū)動數(shù)據(jù)庫、所述第一距離、所述第一夾角和所述第二夾角進(jìn)行仿真，得到多個仿真夾持力數(shù)據(jù)，具體包括以下步驟：

19、基于機械仿真軟件，按照預(yù)設(shè)參數(shù)范圍和預(yù)設(shè)步長，選取第一距離、第一夾角和第二夾角，并和所述初始驅(qū)動數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)隨機組合，生成多個設(shè)計參數(shù)組合；所述設(shè)計參數(shù)組合包括隨機匹配的第一距離、第一夾角、第二夾角和初始驅(qū)動數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)；

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

21、根據(jù)本技術(shù)實施例提供的技術(shù)方案，根據(jù)所述最優(yōu)設(shè)計參數(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)為所述第三傳動件和所述第二傳動件轉(zhuǎn)動連接的端部的坐標(biāo)，所述第二坐標(biāo)為所述第三傳動件和所述機械指組件轉(zhuǎn)動連接的端部的坐標(biāo)；

23、根據(jù)所述第一坐標(biāo)和所述第一角度，計算所述第三傳動件和所述第二傳動件轉(zhuǎn)動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，計算所述第三傳動件和所述機械指組件轉(zhuǎn)動連接的端部的第二切線；

24、計算所述第一切線和所述第二切線的交點處的第三坐標(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]；為第三傳動件與機械指組件轉(zhuǎn)動連接的端部位置；為第三傳動件和第二傳動件轉(zhuǎn)動連接的端部位置，即最優(yōu)第一坐標(biāo)所對應(yīng)的點；為以為起點，根據(jù)最優(yōu)第二夾角β確定一個方向向量，在該方向上選取的位置；為以為起點，根據(jù)最優(yōu)第一夾角α確定一個方向向量，在該方向上選取的位置。

28、根據(jù)本技術(shù)實施例提供的技術(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件裝配到夾持方向可調(diào)節(jié)機械爪中，并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)試和校準(zhǔn)；

30、對裝配好的機械爪進(jìn)行實際測試，測量其在不同工況下的夾持力和夾持方向調(diào)節(jié)性能；如果實際測試結(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)機械爪的傳動結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，其包括：獲取第一距離、第三傳動件和第二傳動件轉(zhuǎn)動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件和機械指組件轉(zhuǎn)動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口相對設(shè)置；基于初始驅(qū)動數(shù)據(jù)庫、第一距離、第一夾角和第二夾角進(jìn)行仿真，得到多個仿真夾持力數(shù)據(jù)；初始驅(qū)動數(shù)據(jù)庫包括多個第二距離和與第二距離對應(yīng)的第一驅(qū)動力；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)，將實際測量的機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)計參數(shù)集合；最優(yōu)設(shè)計參數(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；獲取第三傳動件和機械指組件轉(zhuǎn)動連接的端部的位置坐標(biāo)，根據(jù)最優(yōu)設(shè)計參數(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件的最優(yōu)形狀，以最優(yōu)第一距離作為第一傳動件和第二傳動件的最優(yōu)總長度。

33、本技術(shù)通過對關(guān)鍵參數(shù)的精確尋優(yōu)和第三傳動件形狀的優(yōu)化，即從幾何形狀上優(yōu)化傳動結(jié)構(gòu)，使其更符合力學(xué)傳遞要求，能夠有效提高機械爪的夾持力穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。在實際應(yīng)用中，機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，使得機械爪能夠適應(yīng)更廣泛的工作環(huán)境和任務(wù)要求，增強機械爪的通用性和實用性。