[發明專利]一種基于能量最優機器人銑削加工進給方向優化方法

有效

• 申請號: 202110480795.0
• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113145907B
• 公開（公告）日: 2022-11-01
• 發明（設計）人: 彭芳瑜;肖名君;陳晨;閆蓉;唐小衛;胡華洲
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B23C3/00
• 分類號: B23C3/00;B25J9/16;B25J11/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 尚威;孔娜

1.一種基于能量最優機器人銑削加工進給方向優化方法，其特征在于，該方法包括下列步驟：

S1對于待銑削工件，設定與該待銑削工件相應的切削參數，根據設定的切削參數規劃該待銑削工件在笛卡爾空間的行切加工軌跡；

S2將待銑削工件的加工過程分為落刀階段、銑削階段和抬刀階段，構建銑削機器人的動力學模型以及機器人坐標系下銑削力模型，以此求解并獲得每個階段對應的機器人關節力矩和關節速度；

S3利用每個階段對應的機器人關節力矩和速度，構建每個階段能耗關系式并以此構建整個加工過程的總能耗優化模型，求解在能耗最小的情況下對應的進給方向，以此獲得最優進給方向，進而實現能量最優情況下進給方向的優化；

所述每個階段的能耗按照下列關系式計算：

落刀階段的能耗按照下列關系式進行：

銑削階段的能耗按照下列關系式進行：

抬刀階段的能耗按照下列關系式進行：

其中，N_d,N_m,N_l分別是落刀時間、銑削時間、抬刀時間離散的時間段數，L是機器人關節總數，τ'_l(n)為第n個時刻關節l關節驅動力矩，τ”_l(n)為第n個時刻關節l提供銑削力關節力矩，為第n個時刻關節l的角速度，n是離散時間段數，Δt是離散時間間隔。

2.如權利要求1所述的一種基于能量最優機器人銑削加工進給方向優化方法，其特征在于，在步驟S3中，所述總能耗優化模型的建立是基于以下假設條件：

(a)假設銑削過程是連續的，沒有中斷；

(b)假設關節間的摩擦力忽略不計。

3.如權利要求1或2所述的一種基于能量最優機器人銑削加工進給方向優化方法，其特征在于，在步驟S3中，所述總能耗優化模型按照下列關系式進行：

minE＝E_d+E_m+E_l

約束條件：

q_l,min＜q_l＜q_l,max

|τ_l|＜|τ_l,max|

α∈[0，180°]

S(t)∈S_robot

其中，E為整個銑削過程中總能耗，E_d為落刀過程中的能耗，E_m為銑削過程中的能耗，E_l為抬刀過程中的能耗，q_l為第l個關節的關節角，q_l,min,q_l,max分別為第l個關節的關節角范圍最大值和最小值，分別為第l個關節的關節角速度和關節角速度最大值，分別為第l個關節的關節角加速度和角加速度最大值，τ_l,τ_l,max分別為第l個關節的關節力矩和關節最大力矩，α為行切進給方向，其范圍為0到180°，S(t)為刀具末端坐標，S_robot為機器人工作空間。

4.如權利要求1或2所述的一種基于能量最優機器人銑削加工進給方向優化方法，其特征在于，在步驟S2中，所述動力學模型按照下列關系式進行：

其中，τ'_i(t)為關節i在t時刻關節驅動力矩，i＝1,2,…,n，j＝1,2,…,n，k＝1,2,…,n，m＝1,2,…,n，對于6軸工業機器人，n＝6,b_ij(q)為關節i的慣性項系數，h_ijk(q)為關節i的離心力項系數，g_i(q)為關節i重力項，q為關節角度矩陣，為關節j在t時刻關節角加速度，分別是關節k和m在t時刻關節角速度。