机器人柔性砂带磨削加工力控制研究与应用

为了实现柔性加工复杂曲面工件,设计了一种机器人柔性砂带磨削力控制系统。该系统不仅可以兼顾灵活变换机器人的位姿,而且又根据砂带磨抛机加工效率高的特点,比传统磨床更具柔性,更能适应加工复杂曲面工件。磨抛机既能使砂带柔性张紧和快速地调偏,还能实现被动力控制。机器人末端通过安装的六维力传感器,实现机器人的主动力控制。将这两种力控制技术有效结合起来,组成了机器人柔性砂带磨削力控制系统,能够更好地实现磨削过程中的磨削力控制。最后,该机器人柔性磨削力控制系统对钛合金试块和航空复杂曲面叶片进行加工实验,结果都表明工件的表面加工一致性好,而且其表面质量完全满足加工工艺要求,证明了该机器人柔性砂带磨削加工力控制系统的实用性和有效性。     

机器人力觉示教的力控制及仿真分析

针对机器人传统示教方式逐渐无法满足复杂工业生产需求的现状,提出了一种基于六维力传感器的机器人力觉示教,并介绍了其系统组成。结合一些经典力控制方法及力觉示教实际,对机器人力觉示教的力控制系统展开研究,提出了基于速度的主动柔顺控制策略,从理论上建立了机器人力觉示教时末端工具受力和力矩的运动控制算法。通过Adams仿真软件,对机器人的力觉示教运动进行了仿真分析,最终结果表明该控制算法能够有效地实现机器人力觉示教控制,使力觉示教更加主动灵活,更好地满足复杂工业生产的工艺要求。     

机器人复杂曲面磨抛系统的构建及实验

针对机器人磨抛加工缺少工程实践的问题,根据人工砂带磨抛生产线,结合工业机器人的应用,设计并搭建了工业机器人复杂曲面砂带磨抛自动化生产系统。利用Robot Studio建立了该系统的模拟仿真环境,实现了加工轨迹的离线编程和在线模拟。以水龙头磨抛为对象进行加工检测,在粗磨和细磨后工件表面分别获得Ra=2.2672um和Ra=0.7616um的表面粗糙度。该结果完全满足零件表面磨抛加工要求,为工业机器人砂带磨抛系统的自主研发提供了理论依据和实验参考。     

基于增强现实的6自由度工业机器人示教研究

针对机器人离线编程效率低和交互性差的问题,提出了一种6自由度机器人增强现实示教系统。利用位置姿态跟踪系统采集手持式示教器的位置和姿态,以示教器位置和姿态作为输入,利用6自由度机器人逆运动学模型求解机器人各关节姿态,驱动虚拟机器人模型运动,使虚拟机器人末端执行器复现示教器路径和姿态;利用增强现实技术将6自由度虚拟机器人叠加到真实工作环境中,并通过检查虚拟机器人模型是否与真实工作环境存在干涉,实现对机器人的增强现实示教。研究结果表明:该系统可以准确地把虚拟机器人叠加到真实环境中,实时地跟踪示教器的位置和姿态,且具有良好的人机交互性。     

枪匣表面机器人砂带抛光刀位点轨迹规划研究和试验验证

围绕某军工单位生产的机器人砂带抛光枪匣加工系统,基于等参数线法,在枪匣表面生成刀位点轨迹,针对机器人砂带抛光枪匣表面刀轴矢量的控制方法进行了研究;通过对空间自由曲面相关特性分析,实现了机器人砂带抛光系统刀位点数据的生成和枪匣表面磨削路径的合理规划;在机器人仿真平台上,对枪匣表面砂带抛光进行了虚拟仿真,并运用磨头可浮动的砂带抛光机对研究方法进行了试验验证,试验结果表明:按照等参数线法生成的磨削路径和刀轴矢量控制方法进行抛光,不仅可以保证枪匣型面的一致性,而且能够极大地改善枪匣表面质量,最终实现枪匣表面高效、高质量的抛光加工。     

发动机气门过渡曲面砂带抛光过程接触状态分析

采用砂带抛光方式加工发动机气门颈部过渡曲面,分析了气门过渡曲面抛光加工的特点,建立了气门过渡曲面砂带抛光的运动模型和接触状态模型。气门过渡曲面抛光加工过程中抛光点工件线速度剧烈变化以及砂带导轮轴与工件接触状态多变,影响了加工过程的稳定性和表面加工质量。研究了气门过渡曲面与砂带弹性导轮的运动接触状态与变化规律,理论计算了抛光加工过程去除量的变化曲线,进行了气门过渡曲面加工实验,并分段测取了材料去除量,其变化趋势与理论计算曲线一致。     

用于复杂空间曲面加工的机器人磨削系统

开发的用于复杂曲面的磨削机器人磨削系统由六自由度ABB机器人和砂带磨削机组成,其工艺流程包括工具和工件位姿标定、加工路径离线编程、自动磨削加工和检测。弹簧、比例阀构成的力补偿系统保证了磨削过程中接触力的稳定。该系统加工出的汽轮机叶片形面误差和表面质量比传统方法加工出的叶片有大幅度提高。     

用于复杂空间曲面加工的机器人磨削系统

开发的用于复杂曲面的磨削机器人磨削系统由六自由度ABB机器人和砂带磨削机组成,其工艺流程包括工具和工件位姿标定、加工路径离线编程、自动磨削加工和检测.弹簧、比例阀构成的力补偿系统保证了磨削过程中接触力的稳定.该系统加工出的汽轮机叶片形面误差和表面质量比传统方法加工出的叶片有大幅度提高.     

复杂型面洁具机器人磨削抛光系统

为了实现复杂型面工件的柔性加工,研制了一套机器人柔性加工系统,完成了具有复杂型面水龙头的自动化磨削抛光过程.设计了具有力控制功能及接触轮在线调整功能的磨削单元,可以实现在线误差实时补偿及自动更换机器人TCP(Tool Center Point);设计了具有力控制功能及轮径在线检测与补偿功能的抛光单元,不仅能够实时补偿机器人系统各种误差,而且当抛光轮半径变化很大时,仍能够保证工件与抛光轮接触;采用机器人离线编程技术,设计了离线编程软件,提高了机器人编程效率及精度;采用三维激光扫描技术,能够自动实现工件校准及在线装卡误差检测与补偿,保证产品加工一致性.该系统技术先进且简单实用,能够满足产品生产要求.     

机器人砂带磨削的曲面路径优化算法

机器人砂带磨削系统的两个显著优点是弹性接触和宽行加工,能够提高工件的表面质量和加工效率,主要用来完成复杂曲面特征工件的终加工.工件和接触轮之间存在曲面接触,机器人的磨削路径可由接触运动学理论和砂带磨削工艺相结合来生成,有关此方面的研究成果较少.在切削过程中,最重要的是要保证接触轮与工件曲面局部贴合,因此曲面曲率是磨削路...     

面向复杂曲面加工的虚拟夹具辅助机器人示教编程研究

为解决面向复杂曲面加工的机器人示教编程中虚拟夹具构造困难、难以依据操作者意图自适应调整等问题,提出一种虚拟夹具离线构造和在线迭代更新的辅助机器人示教编程策略。采用示教曲面流形离线构造先验虚拟夹具，若先验虚拟夹具吻合待加工曲面，则利用弹簧阻尼系统对示教路径偏差进行在线补偿，否则通过虚拟夹具刚柔性自适应调整实现迭代修正。研究结果表明，由曲面流形构造虚拟夹具简单且具有泛化特性，提高了复杂曲面虚拟夹具构造效率；以正弦/风扇轨迹作为虚拟夹具辅助示教，能使辅助示教路径位置误差、姿态误差分别降低至少84%、81%，并能根据操作者意图自适应调整虚拟夹具以更加吻合目标曲面。     

6-DOF抛光打磨机器人的旋量运动分析

针对叶片、汽车轮毂、水龙头等异型工件的抛磨工序长期以来都依赖于工人手工打磨的问题,研发了一款6-DOF机械手,与带有力反馈机构的砂带式抛磨机、上下料滑台、操作台等构成了自动抛光打磨系统。以旋量理论和指数积为基础,建立了6-DOF抛光打磨机器人的运动学模型,并对机器人运动学的正解过程进行分析和计算验证;结合经典的Paden-Kahan子问题法对机器人运动学的逆解过程进行分析和计算验证。计算结果表明:基于旋量理论建立的运动学模型是正确的,该模型可为实际的机器人在抛光打磨过程中的轨迹规划和运动控制提供理论依据。     

直接示教机器人的位姿优化算法研究与实现

直接示教型机器人具有示教方便、操作简单等特点,在喷涂、弧焊、抛光等任务轨迹复杂的机器人加工领域具有较高的应用价值。但由于人手在直接示教时存在抖动,若直接采用示教轨迹点进行再现,机器人在运动过程中往往会产生振动,从而影响加工质量,甚至缩短机器人的使用寿命。针对上述问题,提出了一种基于曲线拟合的机器人位姿优化算法,可对机器人的位姿轨迹进行平滑处理。首先对直接示教轨迹进行均匀重采样,分别利用B样条曲线和四元数曲线对采样点位置数据和姿态信息进行拟合,然后采用泰勒展开法对曲线进行插补,最后通过实验验证了该算法的有效性,并将该算法应用于自行研制的六关节直接示教喷涂机器人,实验结果表明有效减小了机器人再现时的振动。     

一种视觉辅助机器人离线编程去毛刺系统

目前铸造工件的自动化去毛刺作业大量使用机器人加工.大部分的解决方案是使用手工示教或者机器人离线编程,但手工示教效率较慢,而离线编程的手工标定精准度比较欠缺.由于工件的误差,使得离线编程在大批量作业中遇到大量问题.本文提出一种利用机器视觉自动检测工件轮廓的方法,解决大批量工件之间的个体误差问题,对每个工件检测轮廓后动态修改机器人运动路径.如此,在机器人自动去毛刺的作业中,使用CCD相机获取的视觉信息和自主开发的离线编程系统(RobSim)生成可执行的机器人运动轨迹.利用此方法,可有效提高去毛刺的加工质量.     

抛光机器人轨迹连续性规划与仿真

本文分析了3P3R型抛光专用机器人的结构特点,并指出其在抛光加工中的优势特征。针对该机器人,建立D-H坐标系,进行运动学正反解分析。在工件坐标系下,以三次参数曲线为基础,进行抛光加工轨迹插值规划。实现了抛光轨迹位置和方向的连续变化。通过仿真方法,说明了该轨迹连续方法,在轨迹贴合程度和进给速度方面的优势。数据表明,应用轨迹连续方法,可提高加工质量,简化示教工作。     

面向连杆模具的混联机器人柔性抛光系统开发

为了解决连杆模具抛光过程中人工抛光时间长、劳动强度大等问题,建立了一套混联机器人柔性抛光系统。在该系统上对材料去除模型进行了研究,建立了考虑抛光工具磨损的材料去除模型,能够良好预测一定抛光参数下的材料去除量;在此基础上,对模具型腔表面自动分片,并使用UG和示教相结合的方法生成加工轨迹;根据模具抛光力的控制需要,建立了一套气动控制系统,使用自主设计的浮动恒力抛光主轴结合PID控制算法实现了恒力抛光。最后在该柔性抛光系统上进行了汽车连杆模具抛光实验,实验结果表明了该柔性抛光系统能够较好地完成连杆模具抛光任务,得到较好的抛光效果。     

面向ABB IRB4600机器人的虚拟示教系统研究

针对当前工业机器人示教中,虚拟示教方式存在场景真实度低、灵活性差等问题,对工业机器人的虚拟示教进行了研究,应用虚拟现实技术,提出了一种面向ABB IRB4600系列机器人的虚拟示教设计方法。分析了ABB IRB4600机器人的运动学特性,进行了其正逆运动学的求解。参照真实示教器,进行了虚拟示教器的开发:利用正则表达式设计了RAPID语言解释器,对机器人的运动轨迹进行了规划,用于运动指令的解析。以真实机器人车间为例,进行了虚拟示教场景的搭建。研究结果表明:所开发的机器人虚拟示教系统在一定程度上弥补了当前工业机器人虚拟示教存在的不足,具有较高的灵活性、沉浸感强,用户可以方便地进行机器人的示教。     

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。     

四通件机器人打磨抛光方案设计与工艺研究

针对工业机器人对四通件打磨抛光的特点和工作过程,提出了一种利用工业机器人对五金产品进行打磨抛光方案,研究了机器人力控原理及打磨抛光相关工艺.采用Solidworks建立虚拟样机,设计机器人夹手和定位工装,构建机器人的五金四通件测试平台,研究其打磨测试参数及打磨效果.结果表明,采用240#的砂带进行打磨,砂带转速变化范围1000～1250 r/min,发泡轮硬度为30,砂带机的发泡轮的硬度为40,能够较好地实现本产品的打磨抛光,该方法为相关产品的打磨抛光实际应用提供了理论指导和数据参考,有助于提高生产效率,提高企业经济效益.     

几器人砂带磨削系统的夹具优化

根据复杂曲面磨削任务对机器人的实际要求,提出了一种PPPRRR砂带磨削机器人构型,利用D—H法建立了机器人的运动模型及正反解方程。建立了基于该构型机器人砂带磨削系统的曲面磨削数学模型,在此基础上以高尔夫球头为典型工件代表,分析了利用夹具改变零件的装卡姿态及改变磨削机与机器人相对位置对工件可磨削性的影响,利用蒙特卡洛方法优化了磨削机与机器人的相对位置及零件装卡姿态,提高了磨削机器人系统的加工性能。