[發(fā)明專利]一種基于能量最優(yōu)機器人銑削加工進給方向優(yōu)化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110480795.0
• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113145907B
• 公開（公告）日: 2022-11-01
• 發(fā)明（設計）人: 彭芳瑜;肖名君;陳晨;閆蓉;唐小衛(wèi);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(yōu)機器人銑削加工進給方向優(yōu)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(shù)，根據(jù)設定的切削參數(shù)規(guī)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(jié)力矩和關節(jié)速度；

S3利用每個階段對應的機器人關節(jié)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(yōu)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(yōu)進給方向，進而實現(xiàn)能量最優(yōu)情況下進給方向的優(yōu)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(shù)，L是機器人關節(jié)總數(shù)，τ'_l(n)為第n個時刻關節(jié)l關節(jié)驅動力矩，τ”_l(n)為第n個時刻關節(jié)l提供銑削力關節(jié)力矩，為第n個時刻關節(jié)l的角速度，n是離散時間段數(shù)，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(yōu)機器人銑削加工進給方向優(yōu)化方法，其特征在于，在步驟S3中，所述總能耗優(yōu)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(xù)的，沒有中斷；

(b)假設關節(jié)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(yōu)機器人銑削加工進給方向優(yōu)化方法，其特征在于，在步驟S3中，所述總能耗優(yōu)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(jié)的關節(jié)角，q_l,min,q_l,max分別為第l個關節(jié)的關節(jié)角范圍最大值和最小值，分別為第l個關節(jié)的關節(jié)角速度和關節(jié)角速度最大值，分別為第l個關節(jié)的關節(jié)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(jié)的關節(jié)力矩和關節(jié)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(yōu)機器人銑削加工進給方向優(yōu)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(jié)i在t時刻關節(jié)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(yè)機器人，n＝6,b_ij(q)為關節(jié)i的慣性項系數(shù)，h_ijk(q)為關節(jié)i的離心力項系數(shù)，g_i(q)為關節(jié)i重力項，q為關節(jié)角度矩陣，為關節(jié)j在t時刻關節(jié)角加速度，分別是關節(jié)k和m在t時刻關節(jié)角速度。