面向激光熔覆成形的机器人路径生成及优化研究

发布时间：2023-05-14 04:33

　　多关节机器人作为运动平台应用到激光熔覆成形中,可以提高熔覆系统的灵活性和熔覆能力,推动激光熔覆成形在个性化制造、零件修复和绿色再制造等领域的应用。但是,基于多关节机器人的激光熔覆成形面临网格模型分布不均匀、示教编程效率低和熔覆过程存在突变、塌陷等问题。针对这些问题,结合激光熔覆技术和机器人技术,通过提取立体光刻数据格式(Stereo lithography,STL)模型信息,建立模型的拓扑关系,提出机器人熔覆路径点的位置信息和姿态信息的生成方法,对机器人熔覆路径进行了单层级和多层级的优化,并进行了实验验证。论文主要内容如下:为了权衡STL模型误差影响参数与熔覆路径之间的关系,基于粒子群(Particle swarm optimization,PSO)算法建立误差影响参数寻优模型,根据该模型寻求满足期望要求的误差影响参数最优取值区间。针对激光熔覆成形中由于STL模型网格分布不均匀,而影响机器人熔覆路径质量的问题,提出一种基于离散拉普拉斯的网格模型优化方法,改善模型中三角形面片的均匀性。利用半径比的方法建立正则度计算模型,对网格模型的优化程度进行量化。为了提高激光熔覆成形系统的熔覆能力和熔...

【文章页数】：146 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号表
1 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外相关工作研究进展
        1.2.1 激光熔覆成形系统
        1.2.2 激光熔覆成形STL模型优化方法
        1.2.3 机器人熔覆路径生成方法
        1.2.4 机器人熔覆路径优化方法
    1.3 本文主要研究思路与内容
2 STL模型网格误差影响参数寻优与均匀性优化
    2.1 引言
    2.2 基于惯性权重粒子群算法的STL模型误差影响参数寻优
        2.2.1 惯性权重粒子群误差影响参数寻优的收敛性分析
        2.2.2 基于PSO的STL模型误差影响参数寻优
    2.3 STL模型均匀性优化
        2.3.1 离散拉普拉斯网格变形技术的STL模型优化
        2.3.2 基于半径比的STL模型网格均匀性量化
    2.4 本章小结
3 基于交边拓扑关系的机器人熔覆路径生成方法
    3.1 引言
    3.2 基于STL模型拓扑关系的熔覆路径点位置信息生成方法
        3.2.1 机器人熔覆路径点位置信息生成
        3.2.2 机器人熔覆路径方向的向量判定
        3.2.3 机器人熔覆路径方向的极值包围盒判定
    3.3 基于STL模型与交边关系的熔覆路径点姿态信息生成方法
        3.3.1 KR30-HA多关节工业机器人熔覆路径位姿描述
        3.3.2 机器人熔覆路径点的姿态信息生成
    3.4 本章小结
4 单层级和多层级的机器人熔覆路径优化
    4.1 引言
    4.2 单层级的机器人熔覆路径优化
        4.2.1 单层级的层片形状突变点分析
        4.2.2 单层级的层片形状优化方法
    4.3 多层级的机器人熔覆路径优化
        4.3.1 塌陷问题分析
        4.3.2 相邻两路径层之间的豪斯多夫距离
        4.3.3 多层级路径层插补的机器人熔覆路径优化方法
    4.4 本章小结
5 激光熔覆成形仿真与实验
    5.1 引言
    5.2 激光熔覆成形过程仿真分析
        5.2.1 KR30-HA机器人激光熔覆成形离线仿真软件开发
        5.2.2 机器人熔覆路径仿真分析
    5.3 激光熔覆成形实验验证
        5.3.1 激光熔覆成形实验平台
        5.3.2 多道熔覆搭接率测试实验
        5.3.3 机器人熔覆路径生成方法验证实验
        5.3.4 机器人熔覆路径优化对比实验
    5.4 本章小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 创新点
    6.3 展望
参考文献
攻读博士学位期间科研项目及科研成果
致谢
作者简介



本文编号：3817191