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。     

自由曲面抛光机器人的位姿规划和控制

针对当前机器人气囊抛光自由曲面的位姿求解困难、加工运行状态较差等问题,提出一种机器人抛光自由曲面位姿求解和控制的新方法。通过分析工件面形和抛光轴位姿的变换关系,对抛光轴进行位姿求解计算,然后针对自研机器人进行运动学求解,在此基础上,对确定的面形进行计算并修整轨迹,最后通过ROS系统仿真验证并进行抛光实验。结果表明,该位姿求解算法能够满足气囊抛光机器人对自由曲面的加工需求,获得理想的刀具位姿控制效果。     

面向复杂曲面的机器人砂带磨抛路径规划及后处理研究

针对机器人砂带磨抛复杂曲面叶片问题,对叶片内外型面和进排气边的磨抛路径规划及后处理技术进行了研究,对复杂曲面叶片的机器人砂带磨抛路径规划的计算效率及加工效率进行了分析,提出了一种将基于等残留高度法的笛卡尔空间计算的磨抛行距转化为参数域空间的磨抛行距的方法,并将机器人砂带磨抛复杂曲面叶片接触轮的中心坐标位置、支撑轴矢量以及轴线矢量数据后处理为机器人的位姿信息,利用机器人砂带磨抛系统装备实验平台对复杂曲面叶片进行了实际的加工实验。研究结果表明:所提出的刀路规划和后处理技术能够有效地解决机器人砂带磨抛复杂曲面叶片的问题,具有加工路径总长短以及路径条数少的特点,计算简单、加工效率高、加工表面质量好。     

3-RSR并联机器人运动学研究

在已有研究的基础上,给出了更为简单、完善的3-RSR并联机器人封闭正解,以及一般结构参数下的逆解和对称结构参数时的封闭逆解的求解方法.该机构运动学正解的最大数目为16组,逆解数目最多有8组,求逆解较其它三自由度并联机器人复杂.     

复杂曲面五轴侧铣加工的运动学优化方法

针对五轴侧铣加工中刀轴的运动可能导致加工材料过切与效率低下的问题,提出采用多约束自适应的刀轴运动学优化方法来解决该问题。建立球头铣刀在刀具路段上的运动学模型,通过分析刀轴运动对刀刃微元去除材料的影响,确定刀轴运动优化的约束条件。在虚拟环境中仿真复杂曲面五轴侧铣加工过程,通过自适应控制器调整刀轴运动速度,使机床在多约束加工条件下最大限度地发挥其工作潜能。整个刀轴运动规划过程随刀具与工件接触区域的变化而不断优化,最后将优化结果存储在每个刀位点上。仿真与实验结果表明,刀轴自适应控制的运动学优化方法有效可行,为五轴侧铣加工过程提供了有力的分析工具。     

通用工业机器人模型及其简易控制系统设计

为研究工业机器人的运动及控制,设计了一个机器人模型,包含机械结构设计及控制系统设计2部分。采用步进电机直接驱动各关节,省掉减速及传动机构,使得结构简单,加工经济;采用Mathematica软件进行逆解运算,直线、圆弧运动轨迹仿真;开发了运动控制器,可与任何一台带USB接口的电脑组成简易控制系统,使用方便。编写相应的软件,控制机器人模型运行,运行结果说明此系统可用来研究通用工业机器人的运动学控制等内容。     

工业机器人智能运动学模型

针对机器人运动学正、逆解推导过程复杂,计算量大的情况,提出了一种基于神经网络的机器人运动学正、逆解计算新方法。首先搭建了6自由度工业机器人实验平台,操纵机器人沿某一轨迹运动,记录下机器人在采样时刻的姿态角、坐标及关节角,获取实验数据。在此基础上,设计了一个三层神经网络,输入所采集到的数据进行训练,构建了机器人运动正反解神经网络模型。文章最后对所构建的模型进行验证,验证结果表明,由运动学模型所得到的预测值与实际的测量值误差小,模型具有较高的准确度。     

通用工业机器人模型及其简易控制系统设计

为研究工业机器人的运动及控制,设计了一个机器人模型,包含机械结构设计及控制系统设计2部分。采用步进电机直接驱动各关节,省掉减速及传动机构,使得结构简单,加工经济;采用Mathematica软件进行逆解运算,直线、圆弧运动轨迹仿真;开发了运动控制器,可与任何一台带USB接口的电脑组成简易控制系统,使用方便。编写相应的软件,控制机器人模型运行,运行结果说明此系统可用来研究通用工业机器人的运动学控制等内容。     

球头铣刀曲面多轴加工的刀具接触区半解析建模

刀具接触区界定了切削过程刀具与工件的相互作用范围,是研究切削力学/动力学的基础,复杂曲面加工的刀具接触区往往呈现不规则几何形状且沿曲线刀具轨迹不断变化。针对球头铣刀复杂曲面多轴加工,提出一种刀具接触区半解析建模方法。基于微元离散和刚体旋转变换的思想,将一般复杂曲面加工看成是一系列微小斜平面加工的组合,并且认为球头铣刀斜平面多轴加工的刀具接触区,可由球头铣刀水平面三轴立铣加工的刀具接触区经刚体旋转变换而得。通过将切削余量材料看成是一系列微厚材料薄层的叠加,构建了球头铣刀水平面三轴立铣加工的刀具接触区解析模型,从而建立球头铣刀复杂曲面多轴加工的刀具接触区半解析模型。仿真实例分析了模型的精度和效率,结果表明该半解析模型能够精确高效地描述复杂曲面多轴加工的刀具接触区。     

4+2自由度叶片抛磨专用机器人轨迹规划方法研究

砂带抛磨作为复杂曲面叶片精密加工的最后一道工序,其加工质量直接影响叶片的服役性能和寿命。传统6自由度机器人多关节串联具有明显的弱刚性,在末端夹持大型叶片时抗变形能力欠佳。为此,文章自主设计研发了4+2自由度叶片抛磨专用机器人系统,并开展复杂曲面叶片抛磨轨迹规划方法研究。首先基于D-H法建立该机器人运动学模型,进行机器人运动学的正、逆解的求解;其次给出了综合考虑抛磨工具与工件曲率的干涉、刀路轨迹行距和轨迹点密度对残留高度的影响规律的轨迹规划方法,建立了2个单元的协同运动模型保证叶片的加工实现;最后通过叶片抛磨轨迹数控程序验证了所获得的抛磨轨迹的正确性。     

Reconfigurable robotic machining system controlled and programmed in a machine tool manner

Industrial robots represent a promising cost-effective and flexible alternative for some machining applications. This paper describes the concept of reconfigurable robot multi-axis machining systems for machining the complex parts of light materials with lower tolerances having freeform surfaces. For the basic configuration of a five-axis robotic machining system, the robot modeling approach is shown in detail as well as the prototype of developed control system with programming in G-code. The experimental robotic machining system has been verified by successful machining of several test work pieces.     

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.     

材切割的机器人系统

】为了保证廓形精度和节省贵重材料，研制了用于钣材切割的机器人系统。机器人操作机为具有４个自由度的ＳＣＡＲＡ型操作机。控制器的开放特性使其易于进一步扩充，友好的用户界面更便于操作。机器人已被成功用于轻工机械设备制造厂中。     

一种新型球形机器人机构设计及运动仿真

提出一种新型全方位运动球形机器人结构方案,运用非完整系统力学理论对球形机器人运动学进行分析,利用ADAMS软件进行虚拟样机建模和运动仿真,通过物理样机实验验证运动分析的正确性。     

基于STM32的爬墙机器人的设计

为了实现搭载各种轻质量设备进行垂直墙面和水平墙面作业,设计了一种以STM32单片机为控制核心、使用真空吸附原理的多足爬墙机器人。采用UG建模的方法进行机械结构的设计,通过样机实验的方法研究机械结构和控制系统存在的问题,研发出了适合常规工业用的爬墙机器人。     

新型轮腿机器人步态规划策略

设计了一种新型步态可切换轮腿机器人。该机器人步态切换机理易于实现且不存在冗余机构,驱动系统置于封闭空间内,可在两栖环境下应用。基于模型控制步态的策略,规划了轮腿机器人的足端轨迹;利用运动学模型分析求解出各关节变量,对步态控制策略进行研究,并利用实验样机验证了基于足端轨迹规划的机器人步态控制策略的可行性。     

Postprocessor development of a five-axis machine tool with nutating head and table configuration

The postprocessor is an important interface that transforms cutter location data into machine control data, and in a five-axis machine tool is highly complex because the simultaneous linear and rotary motions occur. Since most works of the five-axis postprocessor method have dealt only with the orthogonal machine tool’s configuration, this study presents a postprocessor scheme for two types of five-axis machine tools, each with a nutating head and a table whose rotational axes are in an inclined plane. The benefit of such a configuration is that it allows switching from vertical to horizontal machining by a single machine. The general analytical equations of NC data are obtained from the forward and inverse kinematics and the homogeneous coordinate transformation matrix. The linearization algorithm for the postprocessor is developed to ensure the machining accuracy. The presented algorithm is implemented using a window-based five-axis postprocessor with nutating axes, and programmed in Borland C++ Builder and OpenGL. A simulation is performed using solid cutting software and a trial-cut experiment was conducted on a five-axis machine tool with a nutating table to elucidate the accuracy of the proposed scheme.     

仿生机器鱼的运动学参数及实验研究

研究了尾鳍运动参数对推进速度的影响，进行了2关节仿生机器鱼与单关节尾鳍摆动式水下推进器的对比实验，给出了实验结果。实验结果表明2关节仿生机器鱼比单关节尾鳍摆动式水下推进器在相同实验条件下具有更高的推进速度。该仿生机器鱼可以实现对水下运动装置的推进，并且具有噪声低、对环境扰动小等特点。     

机器人制造陶瓷原型系统的研究

提出了采用工业机器人快速制造陶瓷熔射原型的方法。利用建立的数字化检测平台,测试机器人的点位置重复精度、直线轨迹位置精度和轨迹重复精度,找到其精度特性;建立NC代码与机器人代码的转换公式,得到了生成合适的机器人铣削路径代码的算法和CAM软件;根据机器人的精度特性和合适的加工路径,实际加工了用于熔射制模的陶瓷型熔射原型,验证了机器人制造系统的可行性。     

双机器人快速原型制造离线编程系统的研制

双机器人快速原型制造离线编程系统主要研究如何自动获取ＣＡＤ模型产生的零件图形的加要数据,并对其进行处理后按机器人的程序格式生成双机器人的加工程序。本文在分析双机器人快速原型加工硬件特点的基础上,建立了双机器人离线编程系统总体结构,研究了各功能模块的关键技术,并用ＩＤＥＦ方法对各功能模块进行了详细设计研制了一套离线编程软件,实现了双机器人加工程序的自动生成。