机器人自由曲面磨抛轨迹规划方法及其离线编程研究

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1、学校代码10530学号201510161723分类号TP24;TP29密级公开硕士学位论文机器人自由曲面磨抛轨迹规划方法及其离线编程研究学位申请人赵艳梅指导教师李明富副教授学院名称机械工程学院学科专业工程硕士(机械工程领域)研究方向数字化设计与制造二零一八年六月ResearchonRobotPolishingandGrindingTrajectoryPlanningMethodandOff-lineProgrammingforFree-formSurfacesCandidateZHAOYanmeiSupervisorLIMingfuas

2、sociateprofessorCollegeCollegeofMechanicalEngineeringProgramMechanicalEngineeringSpecializationDigitalDesignandManfacturingDegreeMasterofEngineering(MechanicalEngineering)UniversityXiangtanUniversityDateJune,2018摘要以水龙头、叶片、人工髋关节等为代表的自由曲面类工件的抛光打磨工序较为复杂，故目前仍以传统的人工抛光打磨方式为主。机

3、器人因生产效率高、通用性强、柔性高、灵活性好等特点，已被广泛应用于制造业的方方面面。因此，利用机器人加工成为解决自由曲面磨抛难题的有效方式。当前机器人在工业应用中以人工示教操作为主，为实现自由曲面工件的自动化加工，本文提出了机器人自由曲面轨迹规划方法，并开发了其离线编程软件。首先通过NURBS曲面轨迹规划方法获得自由曲面的加工轨迹，然后提出一种综合性的轨迹可通过性判定方法对加工轨迹的有效性进行判定，最后基于自由曲面加工轨迹规划方法和轨迹可通过性判断方法研究成果，完成了机器人磨抛离线编程软件的开发。本文的主要研究工作如下：（1）提出一种基

4、于IGS文件满足弓高误差的NURBS曲面轨迹规划方法。该方法首先对NURBS曲面两个方向的曲线参数基于弓高误差进行插补，根据NURBS曲线参数与向量的映射关系得到曲线的轨迹。然后通过空间坐标变换和机器人运动学，将基于工件坐标系下的轨迹映射到机器人关节空间。最后，利用此方法针对具体自由曲面进行加工轨迹规划，结果表明该方法可以生成弓高误差约束下的自由曲面的加工轨迹。（2）提出一种综合考虑碰撞检测、腕关节翻转、奇异性、可达性、最小曲率干涉条件的轨迹可通过性判断方法。利用微分变换法和LHS法分别检测轨迹奇异性和可达性。（3）基于所提出的轨迹规划

5、方法和轨迹可通过性判断方法，开发了一款包含输入输出、轨迹规划、可通过性验证、三维虚拟运动仿真、通讯模块五个模块的机器人打磨离线编程软件，通过离线编程软件可以实现生成自由曲面加工轨迹、加工过程仿真和检测轨迹可通过性功能。（4）构建机器人磨抛软硬件系统，将所开发的机器人磨抛离线编程软件应用在实际加工中，结果表明轨迹规划方法和离线编程软件是可行的，有效的解决了自由曲面磨抛轨迹规划复杂和加工效率低下的难题。关键词：机器人磨抛；自由曲面；NURBS曲面；可通过性验证；离线编程IAbstractThepolishingandgrindingoffr

6、ee-formsurfacesuchasfaucets,blades,andartificialhipjointsisrelativelycomplicated,anditisstilldominatedbyartificialpolishing.Becauseofitshighproductionefficiency,versatility,highflexibility,andgoodflexibility,robotprocessinghavebecomeaneffectivewaytosolvefreesurfacepolish

7、ingandgrinding,butstillrelyoninefficientmanualteachingoperations.Robotsarealsousedinallaspectsofmanufacturing.Atpresent,theapplicationofrobotsinindustryismainlymanualoperation.Inordertorealizeautomaticmachiningoffree-formsurface,themethodoftrajectoryplanningwasproposed,a

8、ndofflineprogrammingsoftwarewasdeveloped.Firstly,atrajectoryplanningmethodonNURBSinterpolationwaspropos