基于motoman机器人的快速原型制造

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1、基于MotoMan机器人的快速原型制造

2、第11机器人快速原形制造系统总体结构与传统的材料累加成型的快速成型系统相比，机器人快速成型系统有自己的特点。在运动学上它有柔性的手臂，能加工具有复杂细节和复杂外形的零件。更重要的是，与C机床相比，对于同样工作面积的机器人能节省40%的空问。另外，很多现有的普通材料(如蜡、木材、泡沫和其他一些轻质材料)都可用来进行加工，且加工这此材料小会导致机器人系统的振动。与SLA,SLS相比，材料选择的广泛性是一个明显的优点。机器人系统结构的主要弱点是定位精度差(±O.O5mm~±O.1mm)和刚性小足。但对于原型加工而言.机器人系统的精

3、度仍具有很强的竞争力，因为快速原型系统的精度在±O.1mm~±0.2mm之问。可见，机器人系统具有加工零件原型的潜力，也适宜于用某此材料制造复杂儿何形体零件。1.1硬件设备实验室现有MotoManUP6工业机器人1台，586计算机1台，一维激光扫描仪1台。机器人快速原型制造系统简图如图1所示1.2系统功能结构如图2所示，曲面数据由一维激光扫描仪扫描输入。经过曲面重建后，再形成加工的工艺规划和路径规划。曲面重建、曲面加工的工艺规划和路径规划及机器人可执行的加工程序，都在计算机上完成，通过接口将机器人加工程序传给机器人控制器，控制器控制末端执行器上的刀具来完成加工工件

4、的任务。系统功能结构如图2所示，曲面数据由一维激光扫描仪扫描输入。经曲面重建后，再形成加工的工艺规划和路径规划。曲面重建、面加工的工艺规划和路径规划及机器人可执行的加工程序，都在计算机上完成，通过接口将机器人加工程序传给机器人控制器，控制器控制末端执行器上的刀具来完成加工工件的任务.2曲面数据的输入、重建及工艺和路径规划2.1三维激光扫描仪表面数据扫描一维激光扫描仪能扫取物体表面的点，并以X,Y,Z一维坐标的形式将表面点的数据存储在计算机的文本文档里。扫描仪扫描物体时，物体在扫描仪里面旋转，激光照射在物体表面上，通过物体表面点对激光反射所得到的激光所走的距离不同和

5、反射角度不同得到坐标值。由于物体在扫描仪里旋转，所得的数据是物体表面一层层点的坐标值通过对物体表面数据的处理可以对物体进行一维重建.2.2物体表面三维重建有了物体表面点的坐标数据，选择合适的软件就可以对物体表面进行一维重建。为了重建的方便性，选择Dr.PICZA3对其进行扫描和一维重建。由于主、客观原因往往会出现粗大误差和噪声点，若不剔除这此噪声点，将严重影响曲面的精度和形状。因此有必要对物体表面进行去噪处理。运用Dr.PICZA3对一个球面进行扫描和一维重建，结果如图3所示.2.3工艺和路径规划对曲面路径规划的方法很多，针对不同的实际情况可以采取不同的工艺和路径

6、规划方法。由于曲面数据是激光扫描仪扫描的数据，其扫描路径是一层一层的，有一定的规律性笔者提出两种工艺和路径规划的方法。一种是Z字型路径轨迹规划，缺本思想是，刀具在零件表面来回走刀，这是比较有效和方便的。另一种是曲面离散点一角划分法，因机器人具有六个自由度，与5轴加工相类似，一般采用平头铣刀，因此，加工复杂曲面，需将曲面进行离散化处理。对于球头铣刀，将曲面离散成点列，加工很有效。而对于平头铣刀，采用点加工的形式效率很低，因而，一般采用一角片的形式进行加工空间离散点曲面进行一角划分后，得到顺序排列的一角形。每个一角形信息将以结构体数据的形式给出。有了一角片的信息后，刀

7、具的位置和姿态即可确定，刀位点为所在一角片的外接圆圆心或内切圆圆心，刀具的轴线方向与一角片的法线矢量一致.3机器人运动学方程的建立在机器人加工过程中，要完全控制其位置和方位，其运动学模型需要通过数学方法建立机器人是由一系列的关节连接起来的。把构件坐标系嵌入机器人的每一个连杆机构中，可以方便的描述一个连杆与下一个连杆之间的关系。3.1机器人运动方程的表示齐次变换是描述机器人连杆坐标系之问的相对位置和方向的一种通用方法，把齐次变换记为A矩阵。一个A矩阵仅仅是描述连杆构件坐标系之间相对平移和旋转的齐次坐标变换。设An描述第n个连杆相对于第n-1连杆的位姿，对于本课题的六

8、个自由度机器人，则第六个连杆相对于基座的位姿可用下式表示:T6=A1A1A3A4A5A63.2构件坐标系的确定为了描述连杆之问的数学关系，需要用两个参数来描述-个连杆，即公共法线距离an和垂直于an所在平面内两轴的夹角an;需要另外两个参数来表示相邻两连杆的关系，即两连杆的相对位置dn，和两连杆法线的夹角θn，如图4所示.除第一个和最后一个连杆外，母个连杆两端的轴线各有-条法线，分别为前、后相邻连杆的公共法线这两条法线之间的距离为峨。我们称为连杆长度an，an为连杆扭角，dn为两连杆距离，θn为两连杆夹角。机器人机械手坐标系的配置取决于机械手连杆连接的类型。其连接

9、方式有两种