复杂曲面机器人磨抛位姿优化与刀路规划

作     者：罗来臻 赵欢 王辉 李祥飞 丁汉 UO Laizhen;ZHAO Huan;WANG Hui;LI Xiangfei;DING Han

作者机构：华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室武汉430074 

出 版 物：《机械工程学报》 (Journal of Mechanical Engineering)

年 卷 期：2022年第58卷第3期

页      面：284-294页

核心收录：

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 082503[工学-航空宇航制造工程] 0802[工学-机械工程] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

基　　金：国家自然科学基金(52188102,52090054) 湖北省自然科学基金(2020CFA077)资助项目 

主　　题：机器人磨抛 刀具路径 姿态光顺 干涉 等参数圆 

摘      要：近年来,以工业机器人为执行体的机器人磨抛由于其灵活性好、通用性强等特点正逐渐成为复杂曲面磨抛的发展趋势。在机器人磨抛加工过程中,刀具路径点常以曲面上曲率及法线方向为导向进行划分,但尚未考虑机器人实际运动姿态变化对磨抛路径光滑性产生的影响,且可能存在工件与工具干涉问题,因此难以保障最终加工精度。为此,提出了以磨抛姿态变化为约束并光顺干涉处姿态的规划方法。首先,以机器人末端磨抛姿态变化作为刀位点划分阈值,综合考虑其他非法线方向的位姿变换,减缓了刀具路径点之间的姿态变化。然后,在干涉处改变刀具姿态,并以等参数圆进行范围性光顺从而解决干涉问题。最后,综合姿态变化约束和干涉刀位点的姿态光顺,规划出一条光滑无碰撞的机器人磨抛路径。利用机器人砂带磨抛系统对航空发动机叶片进行磨抛试验,结果表明,所提规划方法的关节角速度变化平缓,刀具路径光滑性更好,磨抛后叶片轮廓度满足−0.03~+0.05 mm公差带要求,表面粗糙度由Ra3.2μm提升至0.2472μm,验证了所提规划方法的有效性。