工业机器人复杂曲面抛磨运动轨迹生成算法

针对目前曲面抛磨机器人采用人工示教编程难度大、耗时长、效率低,而且人工示教无法完成复杂曲面编程且生成的抛磨运动轨迹不平滑等问题,提出了一种适合工业机器人复杂曲面抛磨运动轨迹生成的杠杆自适应NURBS曲线拟合方法。该方法融合了非均匀B样条(NURBS)曲线拟合算法和杠杆平衡自适应采样算法,首先应对抛磨轨迹进行离散化处理得到合理的砂带抛磨触点;然后根据杠杆平衡自适应采样方法,各个质点的质量越大越靠近支点,反之亦然,这样计算得到自适应采样的离散点;最后根据自适应采样离散点拟合NURBS曲线,实现了机器人抛磨运动轨迹平顺光滑。仿真结果表明,该方法正确有效,实用可靠,可生成任意复杂曲面无突变、平滑的抛磨运动轨迹,提高了抛磨加工质量、精度及效率要求。     

三角Bézier曲面数控精加工刀轨快速生成算法

为了解决三角Bézier曲面精加工刀轨生成效率低以及存在的刀轨干涉等问题,提出一种基于三角Bézier曲面的数控精加工刀轨快速生成算法,该算法引入动态索引组织三角Bézier面片的拓扑近邻关系,基于该索引快速获取与刀轨截平面相交的三角Bézier面片集,对其中任一相交面片进行初始交点迭代计算,从初始交点开始跟踪迭代获取跨越三角Bézier面片的完整交线,将获得的有序交线各端点作为刀触点获取相应刀位点,依据刀触点处曲面法矢与刀杆矢量的关系快速确定可能存在干涉的区域,进而对干涉区域刀位点进行调整获取无干涉刀位点,顺次连接各刀位点生成数控加工刀轨,实例证明该算法可对任意复杂三角Bézier曲面精确、快速生成数控加工刀轨,并通过三角Bézier曲面模型的数控刀轨生成验证了该算法的实用性。     

面向增材制造的机器人轨迹自动生成技术

针对同轴送粉激光熔覆成形复杂曲面的工艺过程中,机器人轨迹规划困难的问题,提出一种从CAD模型自动生成机器人加工轨迹的新方法,以提高机器人熔覆的效率。首先对复杂曲面零件模型进行分析,采用拉普拉斯算子的方法对网格模型进行了优化。根据立体光刻模型提取零件的几何信息,基于三角面片边的拓扑关系重建三角面片的拓扑关系,通过包围盒的方法生成沿逆时针方向的机器人轨迹,利用仿真实验动态地演示了熔覆过程。最后,通过熔覆实验验证了该方法生成机器人轨迹的可行性。     

基于UG加工信息的工业机器人离线编程

针对复杂运动轨迹难以通过机器人示教精确获取的问题,提出了基于UG加工信息提取工业机器人离线编程运动轨迹的规划方法:利用CAD/CAM技术,通过模拟加工轨迹生成数控NC代码,并对加工代码进行处理,提取加工轨迹的坐标点等相关信息进行重组,从而转换为机器人可识别的数据格式,实现机器人运动轨迹的数字化设计。最后以Staubli工业机器人为例进行离线编程,并在其虚拟控制平台上进行了实验,实现了机器人运动轨迹数字化设计,提高了机器人运动控制编程效率。     

基于区域划分的刀具方向控制方法

针对复杂曲面的五轴加工,提出了一种刀具方向控制的方法,并给出了相应的算法。对曲面进行三角网格划分,通过三角面片的法矢比较和面片合并将曲面划分成多个区域;构造区域单位矢量集的锥平均值,先用锥平均值代替区域的初始加工方向,再对刀具方向进行局部优化和修正。通过实例说明该方法在规划刀具方向中的应用。     

机器人产品加工目标路径优化设计研究

针对在线示教产生的工具路径不能满足复杂目标路径要求这一问题,研究了基于STL模型切片算法生成机器人工具路径的优化设计问题。通过SolidWork建模软件生成加工表面的STL文件;然后生成每个切片层的三角面片分组数组;推导出分组数组中的三角面片与切平面的交点组坐标以及走向;最后利用平衡二叉树寻找每个切片层中各个有向交点组连接关系,得到满足连续的交点组集合。使用Python2.7在Anaconda2环境中进行仿真,仿真结果表明:该优化设计可以生成满足复杂目标路径精度要求的机器人工具路径。     

基于曲率球的参数曲面自适应三角化方法研究

参数曲面的三角化算法是有限元分析和数控机床路径规划的基础。文中提出了一种新的基于分层递推思想的三角化算法,直接在曲面上生成三角网格。根据曲面微分几何定义相对保守的曲率球概念,将局部曲面近似成曲率球面,在球面上建立三角形边和面片的误差模型和递推关系,计算三角形各个顶点在欧式空间以及参数空间的坐标。然后采用逐层递推的方法,从曲线边界开始,逐层生成三角形网格,直至满足收敛准则。文章最后将此算法用C++程序语言编程并通过NURBS曲面进行实例验证,结果表明该算法能够较好的对参数曲面进行三角网格划分。     

面向飞机蒙皮的机器人喷涂轨迹规划

针对飞机蒙皮在线示教编程效率低、轨迹精度差及适用范围有限等问题,基于双目视觉三维扫描及CAD/CAM领域的加工模拟功能,提出一种根据三维模型的加工轨迹生成工业机器人喷涂轨迹的离线编程方法,为解决模型未知的复杂自由曲面喷涂问题提供了新思路。通过三维扫描获取飞机蒙皮表面点云并处理得到其三维模型,结合喷漆工艺,在Unigraphics加工模块中对三维模型加工轨迹进行参数化编程,提取轨迹点并调整喷枪姿态生成机器人喷涂路径;以飞机蒙皮为例进行喷涂仿真。结果表明:该离线编程方法的编程效率、轨迹精度明显优于在线示教编程;该编程方法对其他自由曲面同样具有适用性。     

一种自动的非封闭曲面三维重建方法

为了精确实现非封闭曲面的三维重建,提出一种基于曲面三角面片周长的阈值分割方法,首先计算泊松算法生成曲面的三角面片周长选取采样点,然后通过比较样本点与原始输入点之间的欧氏距离自动计算阈值对生成曲面进行分割.实验结果表明,该算法能准确有效地去除伪封闭曲面而不影响原生成曲面的精度,且算法复杂度低、时间效率高、鲁棒性强.     

基于多信息体素空间划分的高效自由曲面分层算法

随着多自由度增材制造技术的发展,直接基于曲面的分层处理和路径规划方法被广泛研究。针对目前曲面分层算法通用性不强、效率低下等问题,提出基于多信息体素空间划分的高效鲁棒的自由曲面分层算法。通过将三角面片表面体素化,快速筛选出相交三角面片,算法时间复杂度由传统算法的平方复杂度降低为线性复杂度,解决了以往曲面分层算法难以处理大尺寸复杂模型的问题。根据三角网格邻接边的拓扑连续性避免同一轮廓环交点在不同求交条件下的重复计算,解决交点重复求交过程因为浮点数计算误差导致的点扩散问题,获取正确曲面轮廓交线环。最后对交线环内部的曲面进行三角剖分,获取曲面内部信息,得到曲面分层结果。测试了不同模型的圆柱面、球面、自由曲面等类型的曲面分层处理以及算法运行时间,验证了本算法的高效性和正确性。在6轴KUKA机器人和2轴变位机组合装备上对螺旋桨模型进行加工试验,证明了本算法的实用性。