[發(fā)明專利]一種基于ROS的復(fù)雜曲面葉片力位混合控制加工系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710161579.3
• 申請(qǐng)日: 2017-03-17
• 公開（公告）號(hào): CN106914904B
• 公開（公告）日: 2017-12-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙歡;毛洋洋;丁漢
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): B25J11/00
• 分類號(hào): B25J11/00;B25J9/16
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心42201
• 代理人: 李智,曹葆青

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機(jī)器人自動(dòng)化加工領(lǐng)域，具體涉及一種基于ROS的復(fù)雜曲面葉片力位混合控制加工系統(tǒng)，適用于機(jī)器人對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、渦輪葉片型面和進(jìn)排氣邊的加工。

背景技術(shù)

葉片類復(fù)雜曲面零件作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)和渦輪等裝置的核心零部件之一，對(duì)整機(jī)工作性能具有非常重要的作用，其幾何形狀精度和表面質(zhì)量直接決定整機(jī)的工作性能和效率。復(fù)雜曲面葉片也因其葉形薄且彎曲和扭曲程度大，屬于機(jī)械加工領(lǐng)域中典型的難加工零件，其制造材料也以難加工的高溫合金、鈦合金等為主，傳統(tǒng)的加工方法存在加工效率低和精度差等問題。

葉片的加工方式當(dāng)前依然停留在以人工磨拋為主的階段，此方法不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且加工精度也難以保證。隨著葉片尺寸的不斷增大，產(chǎn)量需求的不斷上升，葉片自動(dòng)化機(jī)械磨拋已經(jīng)成為限制高質(zhì)量葉片生產(chǎn)的瓶頸。

近年來，由于機(jī)器人技術(shù)的迅速發(fā)展和勞動(dòng)力成本的上漲，機(jī)器人在磨拋加工中逐漸得到重視。與傳統(tǒng)加工方式相比，機(jī)器人系統(tǒng)不僅具有靈活性好、通用性強(qiáng)、易于拓展等優(yōu)點(diǎn)，而且其成本也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于專用機(jī)床和數(shù)控機(jī)床。但是為機(jī)器人編寫程序?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜曲面葉片的位置環(huán)和力環(huán)精確控制加工卻越來越復(fù)雜繁重。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明旨在基于消息服務(wù)機(jī)制的ROS(Robot Operating System，機(jī)器人操作系統(tǒng))，構(gòu)建一種易于建立網(wǎng)絡(luò)化、分布式計(jì)算、模塊化設(shè)計(jì)以及具有豐富的機(jī)器人軟件系統(tǒng)開發(fā)工具的葉片力位混合控制加工系統(tǒng)。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種基于ROS的復(fù)雜曲面葉片力位混合控制加工系統(tǒng)，其包括：工業(yè)機(jī)器人、機(jī)器人控制單元、處理單元、力/力矩傳感器、砂帶磨拋機(jī)；

工業(yè)機(jī)器人的輸入端連接機(jī)器人控制單元的輸出端；機(jī)器人控制單元連接處理單元并與處理單元雙向傳輸數(shù)據(jù)；力/力矩傳感器設(shè)置在砂帶磨拋機(jī)上，連接處理單元并與處理單元雙向傳輸數(shù)據(jù)；

砂帶磨拋機(jī)位置固定，用于磨削葉片；

處理單元安裝有Ubuntu操作系統(tǒng)和ROS機(jī)器人操作系統(tǒng)，用于錄入刀路軌跡規(guī)劃、力軌跡規(guī)劃以及實(shí)時(shí)接受力/力矩傳感器的反饋信息，從而得到刀路軌跡規(guī)劃、力軌跡規(guī)劃的運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解并實(shí)時(shí)發(fā)送到機(jī)器人控制單元；

機(jī)器人控制單元用于將接收到的運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解轉(zhuǎn)換為刀路軌跡指令和力軌跡指令，并發(fā)送給工業(yè)機(jī)器人；

工業(yè)機(jī)器人用于裝夾葉片并機(jī)器人控制單元的指令帶動(dòng)葉片繞砂帶磨拋機(jī)運(yùn)動(dòng)以完成葉片的磨削。

進(jìn)一步地，處理單元包括主處理器、第一分處理器、第二分處理器；

第一分處理器用于執(zhí)行砂帶磨拋機(jī)的刀位軌跡規(guī)劃數(shù)據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解過程，并將向主處理器發(fā)布得到的刀位軌跡規(guī)劃運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解控制信息，以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人位置環(huán)實(shí)時(shí)控制；

第二分處理器用于執(zhí)行砂帶磨拋機(jī)的力軌跡規(guī)劃數(shù)據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解過程，向主處理器發(fā)布砂帶磨拋機(jī)的力軌跡規(guī)劃運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解控制信息，實(shí)現(xiàn)力環(huán)實(shí)時(shí)控制；

主處理器用于根據(jù)接收到的刀位軌跡規(guī)劃運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解控制信息、力軌跡規(guī)劃運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解控制信息向工業(yè)機(jī)器人發(fā)送運(yùn)動(dòng)指令，以及接受力/力矩傳感器的反饋信息，并將得到的反饋信息上傳給第一分處理器和第二分處理器。

進(jìn)一步地，主處理器還用于向機(jī)器人控制單元發(fā)送工業(yè)機(jī)器人的各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)值，并實(shí)時(shí)獲取工業(yè)機(jī)器人的各關(guān)節(jié)的當(dāng)前位置、實(shí)時(shí)顯示磨拋過程的仿真運(yùn)動(dòng)以及繪制和記錄力位數(shù)據(jù)信息。

進(jìn)一步地，第一分處理器用于執(zhí)行如下閉環(huán)控制：以復(fù)雜曲面葉片機(jī)器人砂帶磨拋刀路軌跡規(guī)劃數(shù)據(jù)作為輸入，同時(shí)，接受工業(yè)機(jī)器人反饋的關(guān)節(jié)位置信息，利用KDL庫對(duì)工業(yè)機(jī)器人的各關(guān)節(jié)角信息進(jìn)行后置處理，實(shí)現(xiàn)位置環(huán)的閉環(huán)控制。

進(jìn)一步地，第二分處理器用于執(zhí)行如下閉環(huán)控制：以復(fù)雜曲面葉片機(jī)器人砂帶磨拋力軌跡規(guī)劃數(shù)據(jù)作為輸入，同時(shí)，利用開源機(jī)器人控制軟件以及針對(duì)力/力矩傳感器數(shù)據(jù)采集的ATI數(shù)據(jù)采集C語言庫，實(shí)時(shí)地向主處理器和力/力矩傳感器發(fā)送葉片打磨的力軌跡信息，并接受力/力矩傳感器的反饋，實(shí)現(xiàn)力環(huán)的閉環(huán)控制。

進(jìn)一步地，工業(yè)機(jī)器人采用六自由度的Comau-NJ220-2.7機(jī)器人；機(jī)器人控制單元采用C5G；砂帶磨拋機(jī)所使用砂帶為GXK-51P180；力/力矩傳感器采用ATI omega160六維力/力矩傳感器。

進(jìn)一步地，Comau-NJ220-2.7機(jī)器人的手腕負(fù)載220Kg，重復(fù)精度±0.075mm；ATI omega160六維力/力矩傳感器輸出電壓為±10V，對(duì)應(yīng)力為0～1000N。