[發(fā)明專利]一種大型復(fù)雜構(gòu)件機(jī)器人加工離線軌跡規(guī)劃方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810346151.0
• 申請(qǐng)日: 2018-04-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108445834A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-08-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陶波;張陽(yáng);丁小天;嚴(yán)思杰;丁漢
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G05B19/19
• 分類(lèi)號(hào): G05B19/19
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 梁鵬;曹葆青

1.一種大型復(fù)雜構(gòu)件機(jī)器人加工離線軌跡規(guī)劃方法，其特征在于，所述規(guī)劃方法包括下列步驟：

(a)針對(duì)機(jī)器人末端執(zhí)行器，對(duì)于任意待加工構(gòu)件表面有相鄰的兩條加工軌跡的情形，選定加工方式后分別構(gòu)建該末端執(zhí)行器沿所述兩條加工軌跡作業(yè)的加工厚度模型，根據(jù)該加工厚度模型獲取所述待加工構(gòu)件表面厚度變化和所述兩條加工軌跡之間間距的計(jì)算表達(dá)式，為使待加工構(gòu)件表面厚度均勻，構(gòu)建關(guān)于所述兩條加工之間間距和所述末端執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)速度的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，使得所述待加工構(gòu)件表面厚度與預(yù)設(shè)要求厚度方差，以及所述待加工構(gòu)件表面的最大厚度、最小厚度與預(yù)設(shè)要求厚度之差最小，求解所述優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)以此獲得最優(yōu)的末端執(zhí)行器速度和所述兩條加工軌跡之間間距；

(b)針對(duì)具體選定的待加工構(gòu)件，建立該待加工構(gòu)件的CAD模型并對(duì)該CAD模型進(jìn)行三角網(wǎng)格化，以此獲得三角網(wǎng)格化的CAD模型，將該三角網(wǎng)格化的CAD模型按照不同的加工要求分為多個(gè)片體，按照步驟(a)中獲得的最優(yōu)的兩條加工軌跡之間間距對(duì)每個(gè)片體進(jìn)行規(guī)劃，以此獲得每個(gè)片體各自對(duì)應(yīng)的一條連續(xù)的加工軌跡，將所有片體的加工軌跡連接，以此形成一條連續(xù)的總的加工軌跡，該總的加工軌跡即為所需的待加工構(gòu)件的加工軌跡。

2.如權(quán)利要求1所述的規(guī)劃方法，其特征在于，在步驟(a)中，所述加工厚度的模型優(yōu)選采用下列表達(dá)式，

其中，和末端執(zhí)行器分別沿第一條和第二條加工軌跡的加工厚度，t₁和t₂是兩條加工軌跡的各自對(duì)應(yīng)的總加工時(shí)間，r₁和r₂是曲面上的加工點(diǎn)到末端執(zhí)行器中心的距離，f₁(r₁)是末端執(zhí)行器在第一條加工軌跡上的加工速率，f₂(r₂)是末端執(zhí)行器在第二條加工軌跡上的加工速率。f₁(r₁)和f₂(r₂)的由末端執(zhí)行器本身和選定的加工方式確定。

3.如權(quán)利要求1或2所述的規(guī)劃方法，其特征在于，所述待加工構(gòu)件厚度變化的計(jì)算表達(dá)式優(yōu)選采用下列表達(dá)式，

其中，是待加工構(gòu)件上某點(diǎn)增加的厚度或者去除的厚度，x是末端執(zhí)行器與第一條加工軌跡線之間的距離，v是末端執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)速度。

4.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的規(guī)劃方法，其特征在于，在步驟(a)中，所述加工軌跡之間間距的計(jì)算表達(dá)式優(yōu)選采用下列表達(dá)式，

L＝2R-d

其中，L是兩條加工軌跡之間的間距，R是末端執(zhí)行器的半徑，d是兩條加工軌跡重疊區(qū)域沿垂直所述兩條加工軌跡的方向上的長(zhǎng)度。

5.如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的規(guī)劃方法，其特征在于，在步驟(a)中，所述優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)優(yōu)選采用下列表達(dá)式，

其中，E₁(d,v)是待加工構(gòu)件表面厚度與平均厚度之間的方差，E₂(d,v)是待加工構(gòu)件表面最大厚度和最小厚度與預(yù)設(shè)要求厚度的偏差，q_max是待加工構(gòu)件表面的最大厚度，q_min是待加工構(gòu)件表面的最小厚度，q_d是預(yù)設(shè)要求厚度。

6.如權(quán)利要求1所述的規(guī)劃方法，其特征在于，在步驟(b)中，所述獲得每個(gè)片體的加工軌跡時(shí),采用包容盒的方法，具體優(yōu)選按照下列步驟：

(b1)對(duì)于任意一個(gè)片體，根據(jù)該片體上的每個(gè)三角網(wǎng)格的法矢方向和面積計(jì)算該片體的主法矢方向；

(b2)采用最小體積的長(zhǎng)方體將所述片體封閉包圍，其中，所述長(zhǎng)方體垂直于所述主法矢方向，采用多個(gè)平行于所述長(zhǎng)方體側(cè)面的平面作為切割平面，以此切割所述片體，由此獲得多條切割平面與片體的交線，其中，相鄰的切割平面之間的間距為步驟(a)獲得的最優(yōu)的兩條加工軌跡之間的間距；

(b3)將相鄰交線的首尾相連，以此獲得一條連續(xù)的加工曲線，該加工取向即為該片體的連續(xù)加工軌跡。