叶片复杂曲面的机器人抛磨工艺规划

为了实现复杂曲面工件的智能抛磨加工,对叶片复杂曲面进行机器人抛磨工艺规划。对抛磨点位置规划算法和基于最大接触原则的抛磨姿态规划算法进行了研究。首先,通过平行截面法获得抛磨路径割线,以非均匀有理B样条(NURBS)曲线描述。接着,提取曲线特征参数,根据设定的阈值进行抛磨点规划,再基于抛磨轮与工件的最大接触原则进行抛磨点姿态规划,从而得到完整的抛磨路径。然后,将工件位姿从工件坐标系转换到TCP坐标系。最后,搭建了柔性抛磨系统仿真平台生成机器人控制程序。实验结果表明,此方法规划的路径可用于叶片复杂曲面的机器人抛磨加工。分别用本文规划所得路径和CAM软件规划所得路径对叶片进行抛磨加工,测得表面粗糙度分别为0.695~0.930μm和2.803~3.243μm。本文提出的抛磨位姿规划方法可用于复杂曲面工件的抛磨路径规划,使工具和工件保持最大接触,从而避免了位姿不合理所产生的过抛和欠抛。     

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。     

基于力觉伺服轨迹规划的磨抛工业机器人曲面跟踪控制研究

为进一步提升工业机器人磨抛自由曲面时的轨迹跟踪控制技术,设计一种自由曲面磨抛轨迹自动生成方法。生成工件的STL模型,利用Bezier三角曲面拟合方法得到工件的拟合曲面,基于螺旋式磨抛轨迹实现自由曲面轨迹规划;利用等参数法和轨迹偏置的方法生成全部的轨迹,根据曲线路径曲率的变化,自适应调节控制点的间距,避免了曲线偏置时的干涉问题;在工业机器人腕处安装6D力传感器,利用力/位置混合控制方法对工业机器人进行运动轨迹跟踪控制。通过实验平台测试,验证该方法能够有效地进行曲面跟踪控制。     

复杂曲面机器人磨抛位姿优化与刀路规划

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...     

4+2自由度叶片抛磨专用机器人轨迹规划方法研究

砂带抛磨作为复杂曲面叶片精密加工的最后一道工序,其加工质量直接影响叶片的服役性能和寿命。传统6自由度机器人多关节串联具有明显的弱刚性,在末端夹持大型叶片时抗变形能力欠佳。为此,文章自主设计研发了4+2自由度叶片抛磨专用机器人系统,并开展复杂曲面叶片抛磨轨迹规划方法研究。首先基于D-H法建立该机器人运动学模型,进行机器人运动学的正、逆解的求解;其次给出了综合考虑抛磨工具与工件曲率的干涉、刀路轨迹行距和轨迹点密度对残留高度的影响规律的轨迹规划方法,建立了2个单元的协同运动模型保证叶片的加工实现;最后通过叶片抛磨轨迹数控程序验证了所获得的抛磨轨迹的正确性。     

基于Preston方程的不锈钢曲面抛磨工艺参数分析

介绍了一种基于自动抛光系统的不锈钢抛磨工艺,以取代不锈钢电水壶手工抛光,实现抛光产品品质稳定、高效生产。在假设抛磨过程服从椭圆赫兹接触的前提下,利用Preston法分析得到影响不锈钢曲面抛磨过程中材料去除量的因素:磨料与不锈钢曲面的相对速度、接触压力。同时为保证抛磨品质均匀,选择了螺旋抛光路径的合适螺距。利用所得结论指导工艺实验,得到了效果良好的镜光表面。     

复杂曲面上机器人自动喷涂路径规划方法

针对目前含有岛屿或空洞的复杂曲面上机器人喷涂路径规划中存在的问题,提出一种能够保持轮廓平行的机器人喷涂路径设计方法。利用最小二乘坐标映射原理,将被喷涂曲面映射到二维平面域,建立目标曲面与二维平面域之间的一一映射关系,然后对平面映射域的内外边界进行连续偏置,构造能够保持轮廓平行的二维偏置曲线;进而以被喷涂曲面到二维平面域的坐标映射为向导,将无干涉二维偏置曲线逆映射到被喷涂曲面上,生成能够保持轮廓平行的喷涂路径,实现多岛屿或空洞复杂曲面上三维喷绘路径设计到二维平面的降维处理。实例仿真实验结果表明,所提方法简单实用,可在含有岛屿或空洞的复杂曲面上快速地生成能够保持轮廓平行的机器人喷涂路径。     

一种基于动态外部TCP的工业机器人磨抛方法

在分析了复杂工件在工业机器人的磨抛应用情况之后,提出了一种基于动态外部TCP的工业机器人磨抛方法。以门把手作为研究对象,首先运用基于曲率的截面算法对门把手进行磨抛路径规划,求得轨迹离散点。其次根据截面截线在不同离散点的平均曲率、曲率半径求解出各点所对应的外部TCP。然后建立磨抛机器人基坐标系,根据规划的工件磨抛轨迹以DH算法求出机器人末端运行轨迹,再根据轨迹离散点与动态外部TCP的位姿转换关系求得实际机器人末端运行轨迹。最后采用Inte Robot离线编程软件仿真实验平台进行仿真验证,实验结果表明动态外部TCP算法可以达到较好的门把手打磨效果。     

基于高斯混合模型的机器人曲面打磨路径规划

针对自由曲面上不规则区域的机器人打磨路径规划问题，提出一种基于高斯混合模型(GMM)的自适应路径规划方法。首先借助测地线的数值求解实现多边形网格上的指数映射与对数映射，然后基于黎曼流形上的GMM实现曲面上不规则区域的统计建模，并基于平行样式完成对不规则区域的打磨路径规划。所提方法简练描述了曲面上不规则区域的分布情况，并高效实现了局部覆盖路径规划。最后使用工业机器人在NURBS曲面工件的实验平台上进行实验，实验结果验证了该算法的可行性和有效性。     

异型石材加工中心磨抛砂轮创新改造设计研究

对石材数控机床磨抛砂轮现状进行了分析,研究了现有的加工方法和磨头结构,针对异型石材加工中心在工作过程中,对于复杂曲面磨抛时存在的问题,应用技术创新方法中ARIZ85算法流程寻求解决方案,进行了自动加工磨抛砂轮的创新改造设计。在对实际问题分析的基础上,完成了系统功能分析及原因分析,通过对创新原理应用,使用了技术矛盾分析,维数变换和分离方法的等算法,确定了异型石材加工中心磨抛砂轮设计方案,解决了在加工中心上无法实现复杂曲面磨抛的问题。     

Multi-objective path planning for unmanned surface vehicle with currents effects

This paper investigates the path planning problem for unmanned surface vehicle (USV), wherein the goal is to find the shortest, smoothest, most economical and safest path in the presence of obstacles and currents, which is subject to the collision avoidance, motion boundaries and velocity constraints. We formulate this problem as a multi-objective nonlinear optimization problem with generous constraints. Then, we propose the dynamic augmented multi-objective particle swarm optimization algorithm to achieve the solution. With our approach, USV can select the ideal path from the Pareto optimal paths set. Numerical simulations verify the effectiveness of our formulated model and proposed algorithm.     

基于量子粒子群优化算法的空间机器人非完整笛卡尔路径规划

利用自由漂浮空间机器人系统的非完整冗余特性,提出一种可使基座姿态和机械臂末端位姿同时到达期望状态的路径规划方法.该方法首先通过正弦多项式函数对机械臂关节角轨迹进行参数化,并根据基座姿态和机械臂末端位姿控制精度指标设计目标函数,由此,将自由漂浮空间机器人系统的非完整笛卡尔路径规划问题转换为非线性系统的优化问题.采用量子粒子群优化算法对非线性优化问题进行求解,将求解出的参数代入机械臂关节轨迹函数,即实现了非完整路径规划的目标.建立由飞行基座和6-DOF机械臂组成的空间机器人系统动力学模型,对所提出的方法进行仿真验证.试验结果表明,所提出的方法能够收敛于全局最优值,收敛速度快,所需调整参数少,且规划的关节路径满足关节角、角速度及角加速度的范围,关节路径平滑,适合于机械臂的控制.     

基于改进蚁群算法的多服务机器人路径规划

为解决多服务机器人全局路径规划的问题,将基本蚁群算法应用到多服务机器人全局路径规划上,并对基本的蚁群算法作了改进.对基于算法的多服务机器人系统的构成进行了描述,接着对多服务机器人系统环境的表示方法及算法中对应问题的描述和定义进行了研究.对应用到多服务机器人系统的基本蚁群算法提出了几种改进的策略,并对改进的蚁群算法应用到...     

一种打磨机器人末端执行器的设计与分析

针对发动机缸体后处理的打磨过程中存在的问题,提出了一种Y型双工位的末端执行器的设计方案,分析了其结构组成、工作原理,设计了末端执行器的结构和砂轮尺寸,在PTC Creo Parametric软件平台上建立了末端执行器的三维模型,在Simulate中校核了其关键部件的刚度与强度,在Robot Studio中规划了打磨路径,并在相应的工作空间之内,分析了其位姿及路径的可抵达性,最后通过仿真实验检验了其规划的路径的合理性。分析结果表明:该末端执行器结构稳定、设计合理,机器人在工作区域的路径规划中,各关节可抵达性为100%,且不与其他工件干涉,能够实现对缸体端面和凸台面的自动化打磨任务;可为其样机的研制提供理论依据,为打磨路径的优化提供参考。     

基于细菌觅食行为的移动机器人动态路径规划

将自然界中细菌的自适应觅食现象与移动机器人动态路径规划相类比,设计基于细菌最优觅食理论的新型生物启发计算方法(DBFO)。通过对无约束复杂动态多峰测试函数库测试,证实DBFO算法具有较高的准确性和稳定性,具备动态优化能力。并以Sphere函数作为机器人路径寻优的仿真测试环境,DBFO算法驱动的搜索主体可以顺利避开障碍并快速找到目标地点,有效节约了行走时间,验证了其是一种高效、稳定、有竞争力的仿生智能优化方法,在求解实际复杂工程优化问题中体现了极为优越的搜索效率和求解精度。     

复杂环境下的装配路径求解与优化

针对三维复杂环境下的装配路径规划问题,运用栅格法建立了规划空间模型,基于蚁群算法求解出了一条避开障碍物的初始路径;对求解得到的装配初始路径,提出采用二分法插值优化方法缩短装配路径长度,在规划过程中采用目标零件与障碍物的轴向包围盒进行避障。对装配路径的求解及优化进行了实例测试,获得了一条无碰撞的最短的平滑路径,验证了算法的有效性和可行性。     

Optimization problem for obtaining a prescribed residual stress distribution: Formulation and solution

The problem of obtaining a prescribed residual stress distribution in a workpiece during its thermoplastic deformation has been formulated as an optimization problem of the mechanics of deformable solids. For its solution the objective function describing the residual stress distribution has been introduced through current process parameters. An algorithm for the solution of the optimization problem, based on nonlinear programming methods, has been developed. Optimal regimes of local forced cool-down of hot rolled I-beams have been found. It is shown that, while using regulated forced cool-down, the prescribed residual stress distribution can be achieved with adequate accuracy.     

机器人打磨铸钢件的效率与打磨力研究

对于给定材料与工况环境,磨削效率和砂轮磨削力只与磨削深度、砂轮线速度和工具进给速度3个因素存在直接关系,而磨削效率可由单位时间磨除材料的体积表达。基于自主设计的一套工业机器人打磨系统,针对铸钢材料通过四因素多水平正交试验法,找出了最高磨削效率下各因素的参数值,并分析了磨削参数对磨削力影响的敏感性。通过实时采集机器人关节电机和磨削工具电机的工作扭矩值,计算出砂轮在不同磨削参数下的磨削力值,并利用多元线性回归分析方法,得出针对铸钢材料的磨削力经验公式。研究内容对机器人在铸钢件磨削过程中的控制参数设定,以及磨削工具结构的进一步优化设计,提供了有益的参考。