数控驱动的移动铣削机器人精度提升方法

移动铣削机器人原位加工作业是解决大型复杂构件高效高精制造的有效途径,其定位精度是重要的技术指标,对大型复杂构件的最终制造质量意义重大.针对现有的移动机器人存在的控制器开放性不足、集成性差所导致多数据通信受限、补偿方法实现困难、NC代码功能缺失等问题,提出了一种数控驱动的移动铣削机器人精度提升方法.研究数控驱动的移动铣削机器人系统,构建总线通信架构,实现840Dsl数控驱动的移动机器人控制;提出机器人关节光栅闭环控制原理与光栅螺距补偿方法,实现移动机器人自重与外加负载的光栅补偿;提出基于几何约束与两步误差的机器人运动学参数辨识方法,解决坐标系对齐,避免角度误差被距离误差淹没;提出空间网格分割的移动机器人高精度定位方法,实现非几何误差补偿.通过试验设计、对比、验证,数控驱动的移动铣削机器人精度提升方法将定位精度从毫米级提升至0.11 mm,证明上述方法的有效性与正确性,为移动铣削机器人的广泛应用奠定基础.     

弱刚性构件双机器人协同加工振动抑制方法

针对弱刚性航天器舱体壁板多任务并行加工的振动抑制需求,研究了弱刚性构件在切削激励作用下的振动产生、传播与耦合机理,提出了基于双加工激励相位差控制的弱刚性构件双机器人协同加工振动抑制方法,并以薄壁舱体壁板为对象进行了仿真与试验研究。结果表明,该方法能够有效实现振动抑制,验证了其正确性与有效性,为多机器人协同原位加工的复杂振动抑制难题提供了一种新思路。     

面向大型结构件的智能焊接机器人系统开发

焊接技术是轨道交通装备生产制造中非常重要的一个环节。由于轨道交通装备通常都是大型结构件,其焊接的复杂程度和质量要求都是极高的。为了解决上述问题,开发了一套基于桁架结构和串联工业机械臂复合的面向大型结构件的智能焊接机器人系统。文中主要介绍面向大型结构件的智能焊接机器人系统的硬件组成,包括桁架机器人、6自由度机械臂、变位机和焊接系统等。此外,还重点介绍了智能焊接机器人的控制系统。最后介绍了面向大型结构件的智能焊接机器人系统的工作流程等。     

大型螺旋桨双机器人自动磨削系统的研究

大型螺旋桨是船舶运行中的核心部件,人工抛光无法保证加工质量。为解决这个问题,研发了针对大、中型复杂曲面铣削加工及研磨抛光的智能磨削机器人系统,系统配备工业机器人、力/位混合控制装置、视觉装置、离线轨迹规划系统。可以实现对叶曲双面同时进行铣削加工及研磨抛光。成功地解决了手工打磨加工一致性和精度差等问题,改善了工人的操作环境,提高了生产效率。     

转轮叶片多轴铣削加工的集成知识云服务实现

为了解决云模式下转轮叶片铣削加工知识资源的按需共享和优化配置问题,在分析云模式下转轮叶片铣削加工特征、知识服务难点及需求的基础上,提出转轮叶片铣削加工的集成化知识云服务模式和实现方法。首先,构建了转轮叶片多轴铣削的本体库和知识库,完成了知识资源与加工任务的本体组织结构描述,在此基础上搭建集成信息输入、工艺规划、刀轨计算、仿真分析及参数优化等环节的转轮叶片多轴铣削过程模块化集成框架,建立了铣削过程的集成知识云服务模式;然后,针对集成框架的关键环节,采用基于业务需求—服务活动—协调规则的知识服务集成工作流来控制多个耦合服务任务的协同运行,并建立转轮叶片铣削过程的集成知识服务流模型;最后,搭建面向转轮叶片铣削加工过程的集成知识云服务平台,实现了知识资源与铣削加工业务流程的柔性集成,为云制造模式下转轮叶片的高效加工提供了思路和实现途径。     

基于ANSYS的薄壁结构件的多目标铣削参数优化

薄壁结构件具有重量轻、节约材料和结构紧凑等优点,但此类零件也存在着结构形状复杂、外形协调性要求极高和刚性差等严重问题,使得工件在加工过程中极易产生变形。以ANSYS为平台,建立多目标铣削参数优化数学模型,利用ANSYS软件的参数化语言APDL开发一套薄壁结构件的专用分析及优化系统,实现铣削工艺参数的多目标优化。以铝合金基座薄壁结构件为例,通过该系统得出优化结果。该系统的开发可以省去工作人员大量而繁琐的试验工件,对于协助薄壁结构件的加工有着重要的意义。     

大型频率选择表面数字化加工系统的加工方法研究

为了解决大型频率选择表面曲面的加工问题，结合机器人铣削和数字化加工技术，开发了复杂频率选择表面机器人数字化加工系统。通过曲面检测和三角剖分，得到了数字化曲面模型。基于此模型和大型频率选择表面曲面的加工特点，提出了分区加工方法，通过与五轴联动加工方法的比较和加工实验，说明了分区加工方法的有效性。     

多机器人协同的五电弧增材制造装备及其应用

电弧增材制造是用于大型复杂金属构件成形的新技术,其制造装备是实现金属构件形性一体化制造的关键.研制了可实现3台机器人协同工作、金属构件形性一体化制造的五电弧增材制造装备,由增材单元、测量单元和减材加工单元等组成.利用RoboTeam软件包实现3台机器人协同工作,在总控单元中开发机器人路径规划软件,分别对3台机器人进行路...     

大型复杂成套装备建模与设计的发展趋势与关键技术研究

大型复杂成套装备是国家的战略产业,是许多重大工程建设的基础。大型复杂成套装备建模与设计基础理论与关键共性技术研究是提高我国成套装备及关键机组自主设计制造能力的关键。本研究以复杂空气分离成套装备为例,分析了复杂成套装备超大型与低能耗的发展趋势,凝练了复杂成套装备建模与设计需要解决的关键科学问题,阐述了大型成套装备中动力学非线性耦合建模技术、复杂工况多机组多变量关联设计技术、多机组同步稳定与寿命均衡设计技术、关键部机高强度大构件保质设计技术、大型成套装备性能实验仿真与集成等共性关键技术,最后给出了提升我国大型复杂成套装备设计基础理论与关键共性技术的解决方案。     

铣削串联机器人运动分析与轨迹规划

在加工形状复杂、切削力小、尺寸大的非金属工件时，可以采用工作空间大的串联机器人代替专门的数控加工系统进行铣削加工。本文针对特定工件的加工设计了一个6自由度铣削串联机器人，用D—H方法对该机器人进行了正、逆运动学分析，根据工件加工特点对机器人末端操作器位置进行了轨迹规划，最后利用MATLAB软件的Robotics toolbox工具进行了建模和仿真。本文为在铣削加工方面应用的工业机器人进一步的动力学分析，提供了理论基础。     

基于刚度定向的工业机器人铣削姿态优化研究

针对工业机器人结构非对称引起的主刚度方向难以确定、因刚度低导致的铣削过程中容易发生模态耦合颤振的问题,提出了一种机器人加工系统主刚度定向方法,并利用机器人功能冗余特性优化姿态,以提高铣削过程的稳定性。计算工业机器人末端笛卡儿坐标系中的刚度椭球,确定切削平面内机器人的主刚度方向;通过建立加工系统的动力学模型,得到机器人铣削模态耦合颤振的稳定性判据;基于刚度定向方法,提出一种机器人铣削姿态优化算法。实验结果表明,在不改变其他参数的情况下,通过优化工业机器人姿态,可以保证机器人沿给定轨迹加工的稳定性。     

新型切削加工机器人常用表面加工方法研究

在分析了传统切削加工机器人刚性差、精度低的基础上,研制成功了一种新型切削加工机器人。该切削加工机器人不仅具有机器人一样灵活的柔性,而且具有金属切削机床一样的刚性,特别适合于空间自由曲面的加工与测量等。在坐标变换理论的基础上,提出了切削加工机器人关联矩阵加工理论。并且根据这一理论,给出端铣刀立铣加工平面的计算方法。通过ADAMS进行仿真,验证了所开发的切削加工机器人的可靠性以及关联矩阵加工理论的正确性,为控制和数控编程提供依据。     

多移动机器人协同模式及其倾翻稳定性研究

针对山地果园单个移动机器人爬坡能力不足及稳定性差等问题，提出了一种多移动机器人协同操作的方法。在原有六足机器人结构的基础上增加了用于多机协同操作的连接件，得到了用于多机协同操作的机器人单体。将3个六足机器人单体通过协同操作得到了3种典型协同模式：串行模式、并行模式、三角模式。最后采用稳定锥法对足式移动机器人系统的单体模式及3种典型协同模式在6种典型地形情况下的静态、动态稳定性分别进行了分析。理论分析及仿真实验结果表明：3种典型协同模式间可进行两两切换；在6种典型地形情况下，通过多机协同操作及协同模式切换的方式可提高足式机器人系统的稳定性。     

大尺度构件重载高精加工机器人本体设计与性能提升关键技术

基于典型大尺度构件的移动机器人化加工需求背景与发展现状的总结与分析,提出了大工作空间、高刚度、高精度、重载、轻量化、高动态响应、大负载自重比的大尺度构件加工机器人本体的基本性能要求。围绕上述基本性能要求,从机器人本体构型与机构优化设计,高性能加工机器人专用控制器与加工机器人操作系统开发,加工机器人运动学参数动态标定及位姿误差实时预测与动态补偿,刚柔耦合多体动力学建模,机器人动力学控制及主动振动控制等方面,论证了重载高精度加工机器人本体的优化设计及机器人性能提升方法,并完成了大尺度构件加工机器人本体构型与机构的概念设计。大尺度构件加工机器人本体的创新设计与研制,可为航空航天等领域的典型大尺度构件提供高性能的超柔性机器人化加工系统,并有助于推动国产工业机器人关键性能的提升。     

A method for off-line compensation of cutting force-induced errors in robotic machining by tool path modification

Industrial robots are promising cost-effective and flexible alternatives for multi-axis milling applications in machining of complex parts of light materials with lower tolerances, having freeform surfaces. As it is well-known, the poor accuracy, stiffness, and the complexity of programming are the most important limiting factors for wider adoption of robotic machining in machine shops. The paper presents the developed method for off-line compensation of machining robot tool tip static displacements as a dominant part of cutting force-induced errors. The developed method is based on modification of programmed trajectory in G-code. Off-line modification of programmed trajectory is performed according to the predicted static tool tip displacements calculated based on developed robot compliance model and cutting forces predicted by mechanistic model. The obtained experimental results show the relevance of developed method since the machining errors could be significantly reduced. This allows the desired accuracy of robot machining to converge towards nominal specifications.     

智能移动机器人超声波测距定位系统的研究

移动机器人技术是机器人研究领域的一个重要分支。为了赋予机器人智能控制和自主导航的能力,解决机器人开发过程存在着成本高、功耗大等问题,研究设计了一套基于超声波传感器的智能移动机器人测距定位系统,同时使机器人具有报警、避障及定位等功能。     

大视场室内移动机器人高精度动态定位方法

高精度室内定位是移动机器人实现自主导航、运动控制和协同作业等任务的前提条件.利用单目视觉定位原理,提出了一种针对大视场的室内移动机器人绝对定位方法.该方法适用于室内多移动机器人同步动态定位,解决了大视场环境下多相机非线性标定和视场融合问题,相机标定精度提高了52.6％.为提高移动机器人动态定位精度,设计了基于光信标的高...     

基于轻量化智能的多机协同 SLAM 系统

视觉多机协同即时定位与地图构建(SLAM)主要以相机作为传感器,并通过多机器人合作实现定位与建图。 然而,在 面对复杂环境时前端计算量过大,易导致整体系统精度不理想。 启发于 REVO 和 SVO 算法的轻量化特点,提出一种基于轻量 化智能的多机协同 SLAM 系统,旨在降低前端计算资源的同时提升系统可扩展性。 提出改进 REVO 算法—L-REVO,通过轻量 化改进实现前端实时运行;将 L-REVO 融合 CCMSLAM 系统后端,提出一种完整的多机协同 SLAM 架构;调整前端传感器和算 法,分别验证前端为同构或异构时对系统性能的影响。 在公开数据集 TUM 上,相比 CCMSLAM 系统,该系统两种模式下定位精 度分别提高了 59. 4% 和 31. 6% ,能效比提升了 8 倍。 最后,将该系统用于室内场景实验,前端功耗仅 1. 43 W,验证了所提系统 的可行性和有效性。     

Stiffness analysis and optimization in robotic drilling application

Low stiffness characteristics limit the application of industrial robots in the field of precision manufacturing. This paper focuses primarily on the stiffness properties of drilling robots by further studying the stiffness ellipsoid model. A Cartesian compliance model is proposed to describe the robot stiffness in Cartesian space. Based on the compliance model, a quantitative evaluation index of the robot’s processing performance is defined. By choosing a proper drilling posture, the performance index in the cutting tool direction is optimized. Higher accuracy of the countersink depth and hole axial direction can be guaranteed. From the perspective of the robot processing mechanism, the key role of the per-load pressing force is first indicated. By applying a per-load pressing force, the performance index on the machining plane is enhanced. Hole diameter accuracy is improved significantly. A stiffness improving factor used to evaluate the stiffness promotion degree is also proposed. Finally, experiments were conducted to verify the correctness of the proposed model. Drilling experiments were performed to investigate the effectiveness of the robot processing performance index improving methods The principle of pressing force used in engineering applications is given based on processing parameters.     

Influence of external magnetic field on permanent magnet by EDM

REMORA aims at offering an agile robotic solution for manufacturing tasks done on very large parts (e.g., very long and slender parts found in aeronautic industries). For such tasks, classical machine tools are designed at several tens of meters. Both their construction and operation require huge infrastructure supports. REMORA is a novel lightweight concept and flexible robotic solution that combines the ability of walking and manufacturing. The robot is a mobile manufacturing system which can effectuate operations with good payload capacity and good precisions for large workspace applications. This new concept combines parallel kinematics to ensure high stiffness but low inertia and mobile robotics to operate in very large workspaces. This results in a machining center of new generation: (1) agile manufacturing system for large workspace applications, (2) heavy load and good precisions, (3) 5-axis machining and 5-axis locomotion/clamping, (4) self-reconfigurable for specific tasks (workspace and force), and (5) flexible and multifunctional.