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。     

Development and Polishing Process of a Mobile Robot Finishing Large Mold Surface

□ A novel self-determination polishing robot finishing large mold free-form surface is developed, and the finishing process method is researched. Contrary to traditional approaches, our premise is that a large mold surface can be polished by using a small robot. This robot system is mainly composed of a polishing robot part, a computer system and a visual positioning system. A type of robot with four uniform distribution wheels was designed, which has two driving wheels and two driven wheels. Active compliant control of the polishing tool was provided by a pneumatic servo system, and a new special compliant abrasive tool was proposed on the basis of robot characteristics. The process planning steps consisted of subdividing the free-form surface, choosing an abrasive tool, planning the polishing path and optimizing machining parameters. Based on the orthogonal experiment and the grey relational analysis method, the optimal parameter combination was obtained for polishing force, tool speed and feed rate. Aiming to polishing times, the surface roughness method and polishing efficiency method were studied in detail. The polishing experiments were carried out in the robot using process parameters obtained by the efficiency method. These research results provided significant theory foundation and experimental data for a mobile robot planning polishing to realize intelligible process parameter selection.     

机器人砂带磨削路径优化插补算法

为解决经典泰勒插补算法生成的加工轨迹在加工中产生的过切问题,在机器人打磨离线编程系统上进行了机器人打磨路径插补算法的研究。通过对比各种路径刀位点生成方法,提出一种改进的泰勒插补算法。该算法在加工路径曲率变化较大的区域刀位点自适应地致密,避免了弓高误差超差引起的过切;当加工路径较为平滑时,刀位点稀疏,保证加工效率。通过设计优化算法与经典算法的对比磨削试验,验证了该插补算法的有效性。     

基于改进RRT的核退役机器人避障方法

核退役机器人工作过程中,传统快速扩展随机树(Rapidly-exploring Random Tree, RRT)路径规划算法缺乏导向性,路径规划效率低,避障能力弱;为此,提出改进RRT路径规划算法,以提高作业效率和准确率。首先,引入目标偏置函数,并提出自适应步长,使RRT路径规划具有导向性,避免陷入局部最优;其次,采用启发式搜索思想,保留优于其父节点的随机搜索点为新节点;最后,修剪路径中的冗余节点,并采用贝塞尔曲线对路径进行平滑处理。在MATLAB平台上进行仿真,结果表明,改进RRT路径规划算法较传统RRT路径规划算法、RRT-connect路径规划算法效率更高,收敛性更强,可以很好地提高核退役机器人的避障能力。     

自由曲面五轴加工刀具轨迹规划技术的研究进展

利用五坐标设备进行自由曲面的数控加工是提高加工质量和加工效率的有效途径,自由曲面形状和五坐标机床运动的复杂性导致其刀具轨迹规划技术十分困难。针对自由曲面五坐标端铣加工、侧铣加工以及碰撞干涉分析中的关键技术,综述了近年来自由曲面五坐标数控加工领域刀具轨迹规划技术的研究进展和现状。结合自由曲面数控加工的工程实用性要求,分析了当前研究中存在的不足,指出目前的研究成果在通用性、稳定性和有效性方面尚不能完全满足工程应用,认为自由曲面五坐标数控加工刀具轨迹规划技术的研究应从三维的角度出发,在更为广域的刀具影响空间研究刀具同自由曲面之间的几何啮合关系,同时需要考虑机床的运动学和动力学特性以实现五坐标机床的高速和高效运行。     

高速切削过程切削条件优化研究最新动态

本言语针对国外近年来在高速切削加工中切削条件优化的研究进展作了较为全面的综述。基于高事切刖工艺的高效、精密和柔性的基本特征,从刀具使用条件,人走刀中径优化、刀具切用量的优化以及刀具长径比的优化等方面展开讨论为我国高速切削过程切削条件优化研究应用提供借鉴。     

机器人快速成型系统研究

以6自由度工业机器人组建了1个机器人快速成型系统。并且对空间自由曲面加工中的曲面重建、数据处理、离散点曲面三角划分及刀具无干涉路径规划等问题进行了系统研究。为实现机器人快速成型模型加工奠定了基础。     

基于MotoMan机器人的快速原型制造

工业机器人系统在零件快速原型制造方面有很好的发展前景。笔者运用三维激光扫描仪对物体进行扫描,得到物体表面数据,对物体进行三维重建,并进行了加工工艺和路径的规划,提出了无干涉的三角划分路径规划和Z字型路径规划,对机器人建立了运动学方程,给出了坐标变换矩阵。最后对机器人进行了程序编制,实现快速原型制造。     

Iso-parametric CNC tool path optimization based on adaptive grid generation

The iso-parametric tool path is broadly used in CAM systems to machine sculptured surfaces. To satisfy tolerance constraints CAM systems usually adopt the smallest intervals across discrete tool paths, leading often to overlap and inefficient tool path. This paper presents a novel optimization scheme based on adaptive grid that can produce the optimal tool path on the basis of iso-parametric tool path and introduces the numerical method of generating the adaptive grid. When the generated optimal tool path has the same number of discrete tool path as the iso-parametric tool path, the optimal tool path will produce smaller machining errors. Or when the generated optimal tool path produces the same errors as the iso-parametric tool path, the optimal tool path will have fewer discrete tool paths and higher efficiency. This optimization scheme is robust, concise, and easy to be integrated into CAM systems to produce the optimal tool path automatically.     

局部环境增量采样的服务机器人路径规划

针对室内服务机器人在未知动态环境中工作时的功能需求,提出了一种局部环境增量采样的路径规划算法。该方法首先依据当前环境构建基于障碍物碰撞风险的评估概率;然后在搜索树扩展的过程中,设计了结合碰撞风险评估概率和欧氏距离的代价函数,避免了每次扩展时新节点和潜在扩展边的碰撞检测,提高了算法效率;同时,搜索树扩展借鉴了快速随机扩展图算法的扩展方式,实现在当前搜索树结构下的最优扩展;另外,提供了算法的性能分析。最后,仿真及实验结果表明该方法具有良好的规划性能,需要较少的计算时间和平均迭代次数,能够满足室内服务机器人实时路径规划的工作需求。