[發明專利]一種大型復雜構件機器人加工離線軌跡規劃方法

在審

• 申請號: 201810346151.0
• 申請日: 2018-04-18
• 公開（公告）號: CN108445834A
• 公開（公告）日: 2018-08-24
• 發明（設計）人: 陶波;張陽;丁小天;嚴思杰;丁漢
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G05B19/19
• 分類號: G05B19/19
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 梁鵬;曹葆青

本發明屬于工業機器人加工領域，并公開了一種大型復雜構件機器人加工離線軌跡規劃方法。包括：構件CAD模型三角網格化；建立機器人末端執行器模型，根據末端執行器模型建立機器人軌跡的優化準則，使用優化算法求解關鍵參數；根據加工要求對構件分片，規劃每個片體的軌跡；對生成軌跡進行離散化；將得到的所有片體的軌跡組合優化獲得整個構件的加工軌跡。本發明的方法利用大型復雜構件CAD模型和末端執行器模型自動生成機器人的加工軌跡，在無需人工干預的情況下，自動優化軌跡參數，獲得經過優化的機器人加工軌跡，提高工作效率，降低試驗成本，此外該方法自動對大型復雜構件進行分片處理，生成高精度的軌跡，保證良好的加工質量。

技術領域

本發明屬于工業機器人加工領域，更具體地，涉及一種大型復雜構件機器人加工離線軌跡規劃方法。

背景技術

大型復雜構件，如大型風電葉片、航空結構件、高鐵車體結構件等，在航空航天、能源和交通等領域有著廣泛應用，其自由曲面外形尺寸精度與表面粗糙度對提高其流體動力學性能至關重要，需要通過先進的加工技術實現高精度、高表面質量制造。

大型復雜構件由于尺寸超大，而且其型面通常具有不規則的曲率分布，進行自動化加工時存在一定的困難。因此，風電葉片、高鐵車體結構件、船舶結構件等大型復雜構件表面加工目前仍主要以人工為主，對工人技術要求高、勞動強度大、效率低，加工能力不僅嚴重依賴操作人員的技術水平，產品質量及其一致性均難以保證，現有加工手段無法滿足航空航天、能源等領域日益增長的超大型復雜構件高效高精加工需求，機器人具有運動靈活度高、工作空間大、環境適應性和并行協調能力強等優勢，將其用于大型復雜結構件的加工逐漸成為了一個新的研究熱點，但是，現有的機器人軌跡規劃方法未考慮大型復雜構件的特性，無法用于大型復雜構件的加工。相應地，本領域亟需一種針對大型復雜構件的機器人軌跡規劃方法，以便更好地滿足大型復雜構件的加工要求。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種大型復雜構件機器人加工離線軌跡規劃方法，利用構件的CAD模型和末端執行器模型自動生成機器人的加工軌跡，其目的在于在無需人工干預的情況下，自動優化軌跡參數，獲得經過優化的機器人加工軌跡，降低了試驗成本，同時也壓縮了加工預處理的時間，此外，對構件進行分片處理，通過對每個片體的軌跡進行規劃，再將每個片體的軌跡進行組合成一條連續的加工軌跡，由此解決無法應用于大型復雜構件的加工的技術問題。

為實現上述目的，按照本發明，提供了一種大型復雜構件機器人加工離線軌跡規劃方法，其特征在于，所述規劃方法包括下列步驟：

(a)針對機器人末端執行器，對于任意待加工構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建該末端執行器沿所述兩條加工軌跡作業的加工厚度模型，根據該加工厚度模型獲取所述待加工構件表面厚度變化和所述兩條加工軌跡之間間距的計算表達式，為使待加工構件表面厚度均勻，構建關于所述兩條加工之間間距和所述末端執行器運動速度的優化目標函數，使得所述待加工構件表面厚度與預設要求厚度方差，以及所述待加工構件表面的最大厚度、最小厚度與預設要求厚度之差最小，求解所述優化目標函數以此獲得最優的末端執行器速度和所述兩條加工軌跡之間間距；

(b)針對具體選定的待加工構件，建立該待加工構件的CAD模型并對該CAD模型進行三角網格化，以此獲得三角網格化的CAD模型，將該三角網格化的CAD模型按照不同的加工要求分為多個片體，按照步驟(a)中獲得的最優的兩條加工軌跡之間間距對每個片體進行規劃，以此獲得每個片體各自對應的一條連續的加工軌跡，將所有片體的加工軌跡連接，以此形成一條連續的總的加工軌跡，該總的加工軌跡即為所需的待加工構件的加工軌跡。

進一步優選地，在步驟(a)中，所述加工厚度的模型優選采用下列表達式，