机器人自由曲面磨抛轨迹规划方法及其离线编程研究
发布时间：2021-02-12 08:04
以水龙头、叶片、人工髋关节等为代表的自由曲面类工件的抛光打磨工序较为复杂,故目前仍以传统的人工抛光打磨方式为主。机器人因生产效率高、通用性强、柔性高、灵活性好等特点,已被广泛应用于制造业的方方面面。因此,利用机器人加工成为解决自由曲面磨抛难题的有效方式。当前机器人在工业应用中以人工示教操作为主,为实现自由曲面工件的自动化加工,本文提出了机器人自由曲面轨迹规划方法,并开发了其离线编程软件。首先通过NURBS曲面轨迹规划方法获得自由曲面的加工轨迹,然后提出一种综合性的轨迹可通过性判定方法对加工轨迹的有效性进行判定,最后基于自由曲面加工轨迹规划方法和轨迹可通过性判断方法研究成果,完成了机器人磨抛离线编程软件的开发。本文的主要研究工作如下:（1）提出一种基于IGS文件满足弓高误差的NURBS曲面轨迹规划方法。该方法首先对NURBS曲面两个方向的曲线参数基于弓高误差进行插补,根据NURBS曲线参数与向量的映射关系得到曲线的轨迹。然后通过空间坐标变换和机器人运动学,将基于工件坐标系下的轨迹映射到机器人关节空间。最后,利用此方法针对具体自由曲面进行加工轨迹规划,结果表明该方法可以生成弓高误差约束下的...
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１市场上形形色色的自由曲面工件??
几乎在３Ｃ行业、五金家具、汽车零部件、重工行业、医疗器械、小家电??等制造业的方方面面，抛光打磨机器人都正在迎来庞大的市场需求［１］。其中，如卫浴产??品、叶片、汽车零部件、人工髋关节等（如图１．１）含有自由曲面（无法用画法几何与??机械制图完全清楚表达和传递所包含的全部形状信息的曲面，本文后续所述工件都指含??有自由曲面的工件），难以通过示教或在线编程逐点校对，对表面粗糙度和耐腐蚀性有??要求、市场需求大的工件的抛光打磨较为复杂。常见曲面（Ｔ面和圆柱面、球面等可以??用画法几何与机械制图完全清楚表达和传递所包含的全部形状信息的曲面）通常可以通??过曲面上的一个点或多个点计算其余点的信息。而自由曲面无法通过一个点或多个点的??信息直接推算其余点的信息，因此相对于常见曲面在加工轨迹规划方面较为复杂。??ｉｈｌＳ?丨ｆＴ感?Ｋ］??（ａ）水龙头?（ｂ?Ｈ把手?（ｃ）人工髋关节（ｄ）轮毂?（ｅ）飞机涡轮发动机叶片?（ｆ）水暖件??（ｇ）航空发动机叶盘（ｈ）高尔夫球头?（ｉ）枪匣?（ｊ）椅子底部?（ｋ）餐具?⑴驳接爪??图１．１市场上形形色色的自由曲面工件??然而，目前抛光打磨操作仍以效率低下、加工表面质量不一、环境恶劣的普通磨床??的人工加工（如图１．２ａ所示）和成本高、通用性不强、价格昂贵的数控或者专用抛光机??床为主（如图１．２ｂ所示），机器人抛光技术（如图１．２ｃ所示）虽然也有实际应用，但是??大多数都采用耗时、效率低的人工示教方法或者在线编程进行轨迹规划等方很多很??难应用在自由曲面的加工上。??１
?（ｂ）北京航空航天大学机器人砂带磨削系统??图１．４国内外先进机器人砂带磨抛系统??目前，国内利迅达［１６］（如图１．５ｂ）、北京华航唯实机器人科技有限公司［１８］（如图１．５Ｃ）、??温州金石科技有限公司（如图１．６所示）专注于做机器人抛光打磨系统和解决方案，在??国内备受关注。广州数控周营平［１９］对智能打磨抛光控制系统进行了研宄与探讨，利用工??业机器人组合专用取料夹具、送料装置、恒力抛光打磨机、抽检及返修装置、四工位转??４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]面向复杂曲面的机器人砂带磨抛路径规划及后处理研究[J]. 毛洋洋,赵欢,韩世博,丁汉. 机电工程. 2017(08)
[2]机器人打磨抛光智能控制系统研究与开发探讨[J]. 周营平. 工业设计. 2017(04)
[3]工业机器人离线编程商业软件系统综述[J]. 魏志丽,宋智广,郭瑞军. 机械制造与自动化. 2016(06)
[4]抛光打磨机器人迎来广阔市场:这些行业领军企业都是怎样布局的?[J]. 康晓博. 中国机电工业. 2016(11)
[5]基于拉丁超立方体抽样的六自由度机械臂工作空间分析[J]. 杜健超,孙卫红,马冠宇. 组合机床与自动化加工技术. 2016(07)
[6]六自由度打磨机器人张量积曲面轨迹规划仿真[J]. 黄玉钏. 计算机仿真. 2015(07)
[7]基于自适应采样的复杂曲面抛磨轨迹生成算法及其性能对比[J]. 向丹. 组合机床与自动化加工技术. 2015(06)
[8]工业机器人磨抛柔性加工系统研究[J]. 陈天炎,傅高升. 闽江学院学报. 2014(05)
[9]基于等残留高度的自由曲面加工刀具轨迹规划[J]. 韦尧兵,廖波,李运. 新技术新工艺. 2013(12)
[10]六自由度装校机器人雅可比矩阵的建立及奇异性分析[J]. 李诚,谢志江,倪卫,刘楠. 中国机械工程. 2012(10)
博士论文
[1]机器人磨削叶片关键技术研究[D]. 赵扬.吉林大学 2009
硕士论文
[1]考虑线缆干涉约束的铣削机器人进刀轨迹规划[D]. 罗龙健.湘潭大学 2017
[2]基于工业机器人的水龙头打磨抛光系统的设计与开发[D]. 黄琴.浙江工业大学 2016
[3]基于QPSO算法的双机器人协调装配多目标轨迹规划研究[D]. 李俊渊.湘潭大学 2016
[4]整体螺旋桨型面机器人砂带抛磨方法及软件开发[D]. 王加林.重庆理工大学 2016
[5]基于三维测量的抛光机器人轨迹规划技术研究[D]. 张晖.哈尔滨工业大学 2015
[6]六自由度机械臂可通过性的研究与判定[D]. 徐俊.广西大学 2015
[7]叶片机器人磨抛软件系统关键技术开发与集成[D]. 李勇华.华中科技大学 2015
[8]机器人自动化拋光系统关键技术的研究[D]. 冯海涛.浙江大学 2015
[9]步枪机匣表面机器人恒力砂带抛光技术研究[D]. 陈育辉.重庆大学 2014
本文编号：3030526
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１市场上形形色色的自由曲面工件??
几乎在３Ｃ行业、五金家具、汽车零部件、重工行业、医疗器械、小家电??等制造业的方方面面，抛光打磨机器人都正在迎来庞大的市场需求［１］。其中，如卫浴产??品、叶片、汽车零部件、人工髋关节等（如图１．１）含有自由曲面（无法用画法几何与??机械制图完全清楚表达和传递所包含的全部形状信息的曲面，本文后续所述工件都指含??有自由曲面的工件），难以通过示教或在线编程逐点校对，对表面粗糙度和耐腐蚀性有??要求、市场需求大的工件的抛光打磨较为复杂。常见曲面（Ｔ面和圆柱面、球面等可以??用画法几何与机械制图完全清楚表达和传递所包含的全部形状信息的曲面）通常可以通??过曲面上的一个点或多个点计算其余点的信息。而自由曲面无法通过一个点或多个点的??信息直接推算其余点的信息，因此相对于常见曲面在加工轨迹规划方面较为复杂。??ｉｈｌＳ?丨ｆＴ感?Ｋ］??（ａ）水龙头?（ｂ?Ｈ把手?（ｃ）人工髋关节（ｄ）轮毂?（ｅ）飞机涡轮发动机叶片?（ｆ）水暖件??（ｇ）航空发动机叶盘（ｈ）高尔夫球头?（ｉ）枪匣?（ｊ）椅子底部?（ｋ）餐具?⑴驳接爪??图１．１市场上形形色色的自由曲面工件??然而，目前抛光打磨操作仍以效率低下、加工表面质量不一、环境恶劣的普通磨床??的人工加工（如图１．２ａ所示）和成本高、通用性不强、价格昂贵的数控或者专用抛光机??床为主（如图１．２ｂ所示），机器人抛光技术（如图１．２ｃ所示）虽然也有实际应用，但是??大多数都采用耗时、效率低的人工示教方法或者在线编程进行轨迹规划等方很多很??难应用在自由曲面的加工上。??１
?（ｂ）北京航空航天大学机器人砂带磨削系统??图１．４国内外先进机器人砂带磨抛系统??目前，国内利迅达［１６］（如图１．５ｂ）、北京华航唯实机器人科技有限公司［１８］（如图１．５Ｃ）、??温州金石科技有限公司（如图１．６所示）专注于做机器人抛光打磨系统和解决方案，在??国内备受关注。广州数控周营平［１９］对智能打磨抛光控制系统进行了研宄与探讨，利用工??业机器人组合专用取料夹具、送料装置、恒力抛光打磨机、抽检及返修装置、四工位转??４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]面向复杂曲面的机器人砂带磨抛路径规划及后处理研究[J]. 毛洋洋,赵欢,韩世博,丁汉. 机电工程. 2017(08)
[2]机器人打磨抛光智能控制系统研究与开发探讨[J]. 周营平. 工业设计. 2017(04)
[3]工业机器人离线编程商业软件系统综述[J]. 魏志丽,宋智广,郭瑞军. 机械制造与自动化. 2016(06)
[4]抛光打磨机器人迎来广阔市场:这些行业领军企业都是怎样布局的?[J]. 康晓博. 中国机电工业. 2016(11)
[5]基于拉丁超立方体抽样的六自由度机械臂工作空间分析[J]. 杜健超,孙卫红,马冠宇. 组合机床与自动化加工技术. 2016(07)
[6]六自由度打磨机器人张量积曲面轨迹规划仿真[J]. 黄玉钏. 计算机仿真. 2015(07)
[7]基于自适应采样的复杂曲面抛磨轨迹生成算法及其性能对比[J]. 向丹. 组合机床与自动化加工技术. 2015(06)
[8]工业机器人磨抛柔性加工系统研究[J]. 陈天炎,傅高升. 闽江学院学报. 2014(05)
[9]基于等残留高度的自由曲面加工刀具轨迹规划[J]. 韦尧兵,廖波,李运. 新技术新工艺. 2013(12)
[10]六自由度装校机器人雅可比矩阵的建立及奇异性分析[J]. 李诚,谢志江,倪卫,刘楠. 中国机械工程. 2012(10)
博士论文
[1]机器人磨削叶片关键技术研究[D]. 赵扬.吉林大学 2009
硕士论文
[1]考虑线缆干涉约束的铣削机器人进刀轨迹规划[D]. 罗龙健.湘潭大学 2017
[2]基于工业机器人的水龙头打磨抛光系统的设计与开发[D]. 黄琴.浙江工业大学 2016
[3]基于QPSO算法的双机器人协调装配多目标轨迹规划研究[D]. 李俊渊.湘潭大学 2016
[4]整体螺旋桨型面机器人砂带抛磨方法及软件开发[D]. 王加林.重庆理工大学 2016
[5]基于三维测量的抛光机器人轨迹规划技术研究[D]. 张晖.哈尔滨工业大学 2015
[6]六自由度机械臂可通过性的研究与判定[D]. 徐俊.广西大学 2015
[7]叶片机器人磨抛软件系统关键技术开发与集成[D]. 李勇华.华中科技大学 2015
[8]机器人自动化拋光系统关键技术的研究[D]. 冯海涛.浙江大学 2015
[9]步枪机匣表面机器人恒力砂带抛光技术研究[D]. 陈育辉.重庆大学 2014
本文编号：3030526
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