摘要
工业机械臂在生产领域的快速发展和广泛应用将人们从很多重复性高、危险性大、危害性强、重体力和流程性的作业中解放出来。随之而来大量机械臂伤人事故的发生让人们不得不重视其安全问题。如何评价工业机器人的安全性，提高人机协作可靠度，成为一个研究热点。 本文主要针对机械臂工作空间与路径规划的安全评价策略进行了分析与研究，分别从工作空间、路径规划两个方面进行了安全评价函数与评价策略研究，以实验的方式模拟了工作空间内外的安全性评价指标，对路径规划的安全性评价方法进行了系统研究，主要包括以下四方面的内容： 通过系统的分析影响机械臂工作空间与路径规划安全性的因素，影响工作空间安全性的主要因素有机械臂尺寸、工作空间的大小、障碍物排列方式、末端执行器所带工具、外部环境参量等五类，影响机械臂路径规划安全评价策略的因素主要有环境障碍物、机械臂速度、机械臂传感器、控制系统可靠性、人机交互复杂度等五类，为分析与研究机械臂定量安全评价奠定了定性研究基础。 建立了工作空间安全性评价函数，从危险区、工作区、场所区三方面描述了工作空间内外的安全性，提出了一种机械臂工作空间的安全指标评价方法，对以UR5e为基础的具体机械臂进行了安全评价函数的计算，计算结果表明，该评价函数可以有效地表征机械臂工作空间的安全性。 提出机械臂路径规划结果的安全评价策略，对影响路径规划安全性的要素进行了详细的梳理和总结，并在定性基础上部分定量研究了机械臂路径规划安全性评价方法，设计了一种路径规划结果的安全性快速评价机制，能够有效反应路径规划结果与安全性的内在联系，数值结果表明，该方法可以有效反应路径规划结果与安全性的指标关系，能有效判断不同规划方法的安全性差异。 使用数值仿真与计算范例，表明了所建立机械臂工作空间与路径规划安全性的评价函数与策略正确性，对影响机械臂安全的各类指标、参数、参量进行了系统的验证，计算结果表明，本文所提出的评价函数与安全策略可有效评价机械臂所处状态的安全性。 对机械臂工作空间与路径规划的安全性评价方法和策略进行了分析研究，为本领域的安全性研究奠定了理论与实验验证基础，为机械臂工作空间与路径规划安全性评价方法提供借鉴，对机械臂安全评价策略具有积极的意义。
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