基于CAD/CAM技术的机器人连续轨迹规划

在复杂零件造型及弧焊中,提出了基于CAD/CAM技术的机器人连续轨迹规划算法.该算法利用CAM中的造型及铣加工功能模块获得待加工工件表面信息,然后综合考虑机器人系统加工精度和加工速度的要求,采用累加弦长的三次参数B样条算法,调整和优化工艺参数,并将CNC轨迹转化成机器人运动轨迹.实验证明,该算法所生成的连续轨迹运动精度更高,运行更平稳,可满足面向复杂轮廓的现代高速高精度的机械加工要求.     

基于三次多项式曲线的轨迹平滑压缩算法

针对由复杂曲线或复杂分量所组成的数控加工轨迹,采用通用的插补算法难以保证其插补精度与插补速度。因此文章在分析了已有插补算法不足的基础上,提出了一种基于三次多项式曲线的轨迹平滑压缩算法,该算法通过判断相邻微小线段之间的转角大小和微小线段的段长,将待加工轨迹划分为连续微小线段加工区和非连续微小线段加工区,并将其转接处的指令点设置为特征指令点。对于连续微小线段加工区,在满足加工精度的条件下,对其进行曲线拟合将折线加工路径转化成平滑曲线加工路径,以达到压缩程序段数目和平滑加工轨迹的目的。实验结果表明,该算法可以有效地提高数控加工的效率和质量。     

一种并联机器人轨迹规划算法研究

针对并联机器人工作空间微小线段间拐角处产生的冲击与振动问题,提出一种基于笛卡尔空间与关节空间相结合的机器人联合空间轨迹规划方法。在笛卡尔空间中采用三次非均匀有理B样条曲线对机器人末端执行器复杂的加工轨迹进行插补。为解决笛卡尔空间微小线段间拐角处的切向不连续导致轨迹突变的问题,基于并联机器人逆运动学模型,将笛卡尔空间轨迹规划算法所得插补点映射到关节空间,采取五次均匀B样条曲线进行第二次轨迹插补,平滑并联机器人运动过程中加速度及加加速度突变曲线。并在动力学层面验证所提算法的有效性。仿真结果表明：联合空间轨迹规划策略能使机器人末端执行器较好地改善连续高阶曲率导数的轨迹平滑问题,提高末端跟踪精度。实验结果表明：末端跟踪误差值最大减少21.12%,力矩最大值减少11.65%。     

基于NC代码的工业机器人加工轨迹规划研究

随着数控技术在制造业的深入发展,NC代码得到了广泛应用。若以通用NC代码直接作为工业机器人的工作语言,将大大克服机器人工作语言的复杂性,使得连续路径编程特别是曲面编程不再局限于示教编程。文章首次提出并采用"虚拟刀具"的概念,即用五个相对位置保持不变的点来虚拟末端工具,将每条NC代码信息便捷地转化成机器人逆解所需参数。利用三次五次复合插值法,对工业机器人的连续路径进行规划,获得了精确的路径点。经仿真,验证了算法的正确性。     

基于综合约束的微小直线段速度连续规划算法

在刀具轨迹利用微小直线段进行表示的曲面高精高速加工中,存在以下几方面的约束:①相邻微小直线段之间的速度连续约束;②进给速度和端点剩余长度两者之间的相互约束;③符合给定加减速曲线的全局约束。在以上的约束条件下给出了微小直线段的速度连续规划算法,首先根据相邻直线段之间的几何关系,给出端点速度约束,根据端点速度与设定起跳数度的比较识别出高曲率点,并设置这些高曲率点为起跳点。然后在相邻起跳点之间进行一次全局速度规划,比较端点速度约束和一次全局约束的结果,调整每条直线段的起、末速度。随后根据逐步速度规划,包括前向速度约束和回溯匹配两个过程完成整个规划。根据以上算法,在软件数控系统上进行了试验,并给出了模拟和数值分析结果,表明能够应用于微小直线段的高速连续加工。     

Q-learning算法下的机械臂轨迹规划与避障行为研究

机械臂运动和避障中存在轨迹偏差,要通过适当控制算法加以纠正确保实际轨迹趋近于理想轨迹。提出基于改进Q-learning算法的轨迹规划与避障方案,分别构建状态向量集合和每种状态下的动作集合,利用BP神经网络算法提高模型的连续逼近能力,并在迭代中不断更新Q函数值;路径规划中按照关节旋转角度及连杆空间移动距离最小原则,实现在合理避障同时轨迹偏差度最低。仿真结果表明:提出的控制算法收敛性速度快,路径规划效果优于传统规划方案,偏移成本最低。     

基于路网的车辆路径规划融合算法究

针对室外区域非结构化道路环境,为了同时解决全局路径规划问题和局部路径规划问题,提出一种基于Floyd算法、A*算法和人工势场法的路径规划融合算法。采用A*算法规划可行路径,基于Floyd全局最优距离和权重数据递归求出最优路径;改进人工势场法,设计分段力场结合自适应角度函数,规划避障路径;基于三次多项式曲线拟合得到满足动力学约束的行车轨迹。采用MATLAB/Simulink进行路径规划仿真,结果表明：路径规划融合算法根据前方检测环境能准确规划出全局绕路轨迹和局部避障轨迹,单次规划时间分别为1.14 ms和45 ms,满足实时性要求。实车实验结果表明仿真结果准确,验证了实路径规划融合算法的有效性和算法的鲁棒性     

多轴联动动态前瞻轨迹规划

为使工业机器人有一个更平稳的运行轨迹,针对多轴联动轨迹规划中相邻两段之间的过渡问题,提出一种高效的过渡处理方法。根据动态给定的位置序列、前瞻段数、轴的速度和加速度范围,结合反向前瞻和正向规划方法,提出一种新型的多轴联动动态前瞻轨迹规划核心算法。在此算法基础上,应用S形滤波器将该算法所规划的梯形速度曲线转化为S形速度曲线。采集六自由度工业机器人的关节位置点序列进行仿真研究,以验证所提算法的性能。     

基于HPSO算法的CNC在线检测路径规划

CNC在线检测路径规划直接关系到在线检测效率,为生成最短的无干涉检测路径,文章提出一种基于混合粒子群算法(HPSO)的在线检测路径规划方法。采用先避障后优化的规划策略,规划出无干涉的初始检测路径,基于旅行商问题建立优化模型,使用HPSO算法优化测点间检测顺序及特征间检测顺序。针对典型工件进行在线检测路径规划及检测实验,相比于基本粒子群算法的优化结果和人工规划结果,该方法在保证测头安全的前提下,有效缩短检测路径长度,提高了检测效率。     

基于实时性要求的多段预读速度规划方法及实验研究

速度规划是数控加工的重要技术之一。为了解决传统的段内速度规划控制方法加工效率低、加工质量差等问题,并保证插补的实时性,以适应现代高速加工的需要,提出一种多段预读速度规划方法。本文首先推导出了转接点的速度求解方法,然后描述了多段预读速度规划方法的实施过程。实验中应用该算法,轨迹加工效率提高14．1％,且降低了粗糙度。结果表明该方法在保证转接点精度的前提下,实现了进给速度高速衔接,轨迹连续加工,有效地提高了加工效率并改善了表面加工质量。     

Fast Bezier interpolator with real-time lookahead function for high-accuracy machining

This study presents a real-time fast Bezier interpolation method that solves linearly segmented contour problems that occur during milling using conventional CNC machines. Depending on the length and the CSB criterion, these linearized segments can be regarded as noise, continuous short blocks (CSBs), or G01 blocks. The CSB criterion proposed in this paper is employed to identify CSBs during the NC code interpreting stage. The CSBs are fitted into cubic Bezier curves and interpolated to produce smoother contours in real-time machining. Two different NC programs possessing a large number of short blocks were tested on our PC-based real-time control system. Simulations and experimental results demonstrate that the proposed fast Bezier interpolator (FBI) with real-time lookahead function provides satisfactory performance.     

基于STEP-NC的CAM/CNC系统数据接口的研究

为了解决STEP-NC文件到数控加工过程中CAM与CNC系统之间互动差的问题和一些关键技术,对基于STEP-NC嵌入式CAM/CNC系统接口展开研究.在文件被输入该系统之前,通过该接口将文件数据格式转换为链表结构输入,利用链表良好的操作性为后续的信息提取、刀具路径规划等CAM功能的实施打下良好的基础,并改善系统内部各功能模块的交互能力和效率.链表的添加删减功能使现场的操作者也完全可以根据现场的条件和实际经验知识对程序内容(如工序内的工步安排和走刀路线、刀具、切削用量等)做出实时的修改,并将修改后的数控程序反馈给上游的设计部门.并介绍国际上为实现智能化数控系统而研究出的CAD/CAM/CNC集成方案.     

陶瓷牙嵌体加工数控系统及CAD/CAM技术研究

针对目前牙科牙洞修补方法的缺点与不足，利用现代计算机科学及智能控制技术，研制出陶瓷牙嵌体（简称瓷嵌体）加工专用精密数控磨床及专用CAD／CAM系统。该系统在Windows平台上使用VC＋＋6．0开发而成，由实时精密轨迹控制、数字图像处理、加工工艺规划及人机接口等模块组成。依据瓷嵌体加工的特点，利用数字图像处理的方法开发了自动数控编程系统，实现了瓷嵌体磨削加工的自动工艺规划及刀具轨迹的干涉校验。实验证明，该系统可以对瓷嵌体进行高效、高质量和高精度的加工。     

SIEMENS 840D数控系统渐开线插补指令的应用研究

CNC机床在加工零件的过程中，轴的运动轨迹是由数控系统的插补功能完成的。随着CNC的不断完善和发展，其中的渐开线插补应用场合越来越广泛。SIEMENS840D数控系统的渐开线插补功能强大，种类多，可以解决生产中的很多问题，因此得到了越来越广泛的应用。文章首先介绍了西门子SINUMERIK840D的渐开线插补指令，在此基础上通过一个工程实例-电缆弯制过程并结合Matlab的计算功能研究、展示了SIEMENS840D渐开线插补功能。     

基于HPGL的数控裁床加工系统方案设计与实现

为提高数控裁床自动化生产水平,设计一种数控裁床加工系统方案。围绕数控裁床运动速度控制和轨迹插补算法等关键技术点,根据HPGL协议的数据特性,提出数控裁床CNC加工数据生成方法,设计一种基于线段分段的速度控制方法来生成速度列表,并基于微软基础类库MFC开发上位机,实现处理曲线中各线段的运动速度控制的功能。设计将加工插补算法与数据栈相结合的应用方法,并运用STM32F103开发下位机,实现计算各线段的插补步进量并进行轨迹控制的功能。通过样片测试,验证了所设计的数控裁床系统具有用于实际加工的可行性和高效准确性,能有效满足生产需要。     

基于弗莱纳-雪列空间矢量的焊接离线编程路径规划

阐述了机器人离线编程的弗莱纳-雪列空间矢量原理和路径规划算法.依据此原理和算法,以机器人焊接球罐和圆柱的空间曲线焊缝为实例.求出复杂空间曲线焊缝路径的各个点的齐次矩阵,计算机仿真实现路径规划.实例的详细步骤能指导您实现机器人离线编程作业,提高焊接质量和降低生产成本.     

基于STEP-NC开放式数控系统的研究

STEP-NC和开放式数控系统已经成为世界制造领域的研究热点。在分析传统G代码主要缺点的基础上，介绍了新的数控编程接口STEP-NC，详细阐述了STEP-NC的主要优点及其数据模型。提出一种基于STEP-NC的开放式数控系统，确定了开放式数控系统的总体结构，并着重介绍了STEP-NC数控系统各组成模块的功能。     

Machining contour errors as ensembles of cutting, feeding and machine structure effects

CNC machining has been studied from the perspective of either cutting or feeding. However, machining quality is the outcome of both of these processes. This work investigates the contour errors of a complete CNC machine system. A system model is developed to cover all groups of functions, including trajectory planning, trajectory tracking, cutting process and machine structure. Analysis results reveal the limitations of traditional studies. The dependence of contour errors on trajectory curvature, feed-rate, cutting depth and tracking control is investigated as well. A new model of CNC machining is developed.     

大型壳体零件的数控加工工艺分析及研究

合理地规划工艺可有效地提高加工质量和数控机床利用率。以某采煤机摇臂壳体C0N00301为例,通过分析摇臂壳体的结构特征及加工技术要求,确定了机床设备,设计了在KCR160加工中心上的定位装夹方案、数控加工工艺路线、加工刀具、切削参数以及不同加工特征的走刀路线等,并在VERICUT数控加工仿真系统中进行了虚拟加工仿真验证,证明设计的数控工艺能够满足零件的加工要求。     

基于ARM9的齿轮加工数控系统的研究

为了提高齿轮的加工精度、嵌入自主研发的控制算法,提出一种基于嵌入式系统的齿轮加工数控系统。对系统进行了硬件设计和软件设计,并对系统进行了功能模块划分;分析插齿刀加工运动轨迹以及插齿刀和工件的运动关系,计算出关键点坐标值,构建出插齿加工自动编程的数学模型,并实现了插齿加工自动编程功能模块。研究内容为今后齿轮数控加工控制精度的提高提供了参考。