技術(shù)特征：

1.一種六自由度空間機(jī)械臂動(dòng)態(tài)負(fù)載能力工作空間分析方法：

依據(jù)機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)位置級(jí)逆解方法，解出六自由度空間機(jī)械臂工作空間中每一點(diǎn)處的所有可能構(gòu)型。以工作空間中的每一點(diǎn)為機(jī)械臂的目標(biāo)位姿，利用解析法或解析法結(jié)合牛頓-拉夫遜法，分別計(jì)算其位置級(jí)逆解；六自由度空間機(jī)械臂在工作空間中的每一點(diǎn)最多可對(duì)應(yīng)求出8組關(guān)節(jié)構(gòu)型，這些構(gòu)型即可組成機(jī)械臂在該點(diǎn)處所對(duì)應(yīng)的構(gòu)型集。

依據(jù)機(jī)械臂末端速度梯形規(guī)劃的特點(diǎn)，取梯形速度規(guī)劃中的最大速度和加速度作為末端運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。在球坐標(biāo)系中，向空間各個(gè)方向發(fā)射射線，每條射線的方向視為機(jī)械臂末端的速度矢量，以此得到機(jī)械臂末端速度矢量集。

依據(jù)機(jī)械臂在其工作空間中某一點(diǎn)處的構(gòu)型集和速度集，以關(guān)節(jié)最大峰值力矩為約束條件，計(jì)算該點(diǎn)處機(jī)械臂動(dòng)態(tài)負(fù)載能力的集合，取其中的最小值作為機(jī)械臂在該點(diǎn)處的安全動(dòng)態(tài)負(fù)載能力值。根據(jù)每一點(diǎn)所求得的安全動(dòng)態(tài)負(fù)載能力值組成機(jī)械臂動(dòng)態(tài)負(fù)載能力工作空間。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述六自由度空間機(jī)械臂工作空間中每一點(diǎn)的構(gòu)型集的計(jì)算至少包括：

第一步，將所計(jì)算工作空間中任意一點(diǎn)作為機(jī)械臂的目標(biāo)位姿

第二步，判斷六自由度機(jī)械臂中是否存在三個(gè)關(guān)節(jié)軸線相互平行或交于一點(diǎn)的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)；若存在，基于正運(yùn)動(dòng)學(xué)方程可得12個(gè)解析方程，對(duì)其進(jìn)行解析求解即可得到最多8組關(guān)節(jié)角，將這幾組關(guān)節(jié)角組合即可構(gòu)成該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的構(gòu)型集Q；若不存在，則需運(yùn)用解析法結(jié)合牛頓-拉夫遜法進(jìn)行求解，步驟如下：

(i)假設(shè)某一帶偏置關(guān)節(jié)的偏置為零，構(gòu)造帶有球形關(guān)節(jié)的改進(jìn)機(jī)械臂，并利用解析法解出8組解；

(ii)建立位置誤差ΔP(θ)的表達(dá)式

$\mathrm{\Δ}P\left(\mathrm{\θ}\right)=P_r-P_m=\left[\begin{array}{c}{P}_{rx}\left(\mathrm{\θ}\right)-P_{mx}\left(\mathrm{\θ}\right)\\ P_{ry}\left(\mathrm{\θ}\right)-P_{my}\left(\mathrm{\θ}\right)\\ P_{rz}\left(\mathrm{\θ}\right)-P_{mz}\left(\mathrm{\θ}\right)\end{array}\right]$

其中，下標(biāo)r表示實(shí)際機(jī)械臂參數(shù)，下標(biāo)m表示改進(jìn)機(jī)械臂參數(shù)。

(iii)依據(jù)牛頓-拉夫遜法進(jìn)行求解，即當(dāng)k＝1時(shí)，令P_m＝P_r；當(dāng)k＝k+1時(shí)，令P_m＝P_r-ΔP(θ_m)，其中θ_m為改進(jìn)機(jī)械臂通過解析法求得的關(guān)節(jié)角序列。判斷：若||P_m(k)-P_m(k+1)||≥ε，則返回解析法求解部分，繼續(xù)求解關(guān)節(jié)角θ_m；否則，輸出θ_r＝θ_m，完成實(shí)際關(guān)節(jié)角的求解。求解結(jié)果為多組解，所構(gòu)成的解集即為該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的構(gòu)型集Q。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述六自由度空間機(jī)械臂末端速度矢量集的計(jì)算至少包括：

第一步，依據(jù)機(jī)械臂末端速度具有梯形規(guī)劃的特點(diǎn)，即其速度變化規(guī)律為：先以加速度a增大到速度v，然后保持一定時(shí)長(zhǎng)的勻速運(yùn)動(dòng)，最后又以加速度a減小到速度為零，可知：在其速度的整個(gè)變化過程中，加速度和速度值均為最大的點(diǎn)為加速過程的末尾點(diǎn)和減速過程的起始點(diǎn)，該點(diǎn)處加速度為a，速度為v。由于無法確知工作空間內(nèi)某點(diǎn)處的加速度及速度大小，因此選該點(diǎn)處的速度和加速度值進(jìn)行工作空間內(nèi)所有點(diǎn)動(dòng)態(tài)負(fù)載能力的計(jì)算。

第二步，由于速度方向(加速度與速度一般同向)也影響負(fù)載能力的計(jì)算，為了盡量覆蓋所有可能的速度方向，以一定的角度間隔θ遍歷方向角α和β，向空間各個(gè)方向發(fā)射射線，每條射線的方向視為機(jī)械臂末端的速度矢量，以此得到機(jī)械臂末端速度矢量集合

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述六自由度空間機(jī)械臂動(dòng)態(tài)負(fù)載能力工作空間的計(jì)算至少包括：

第一步，在工作空間內(nèi)某一點(diǎn)的構(gòu)型集Q和速度矢量集中各取出一個(gè)元素，兩兩組合成機(jī)械臂當(dāng)前可能的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)集該運(yùn)動(dòng)狀態(tài)集包含了機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)到該點(diǎn)處時(shí)所有可能存在的狀態(tài)；

第二步，采用牛頓-歐拉方法對(duì)六自由度空間機(jī)械臂進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模，在所建模型的最后一根連桿末端引入變化負(fù)載，對(duì)于任意一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)以一定角度間隔不斷增加其末端負(fù)載的質(zhì)量，計(jì)算每一個(gè)關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)力矩，直至將末端質(zhì)量增加到某個(gè)使關(guān)節(jié)力矩超過其關(guān)節(jié)峰值力矩的最大限度時(shí)，前一個(gè)負(fù)載質(zhì)量即為該運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下機(jī)械臂的動(dòng)態(tài)負(fù)載能力。換言之，關(guān)節(jié)最大峰值力矩是空間機(jī)械臂動(dòng)態(tài)負(fù)載能力的約束條件，動(dòng)態(tài)負(fù)載能力求解過程可用下列帶約束的優(yōu)化問題描述：

$\begin{array}{cc}\max & m_f\\ s.t.& g{(m_f,\stackrel{\·}{q}(\stackrel{\·}{X}),\stackrel{\·\·}{q}(\stackrel{\·}{X},\stackrel{\·\·}{X}\left)\right)}_i\≤{\mathrm{\τ}}_{\max }^i\end{array}$

其中，i表示關(guān)節(jié)標(biāo)號(hào)，m_f表示機(jī)械臂末端負(fù)載質(zhì)量，和分別表示機(jī)械臂關(guān)節(jié)速度和關(guān)節(jié)加速度，和分別表示機(jī)械臂末端速度和加速度，表示第i個(gè)關(guān)節(jié)的最大峰值力矩。

通過計(jì)算該點(diǎn)處所有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的動(dòng)態(tài)負(fù)載能力，可得到該點(diǎn)處的動(dòng)態(tài)負(fù)載能力集合M，取質(zhì)量集合M中的最小值m_min作為該點(diǎn)的安全動(dòng)態(tài)負(fù)載能力。

第三步，采用上述方法計(jì)算出工作空間內(nèi)所有點(diǎn)的安全動(dòng)態(tài)負(fù)載能力，即可得到六自由度空間機(jī)械臂的動(dòng)態(tài)負(fù)載能力工作空間M_c。