[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

本發明屬于銑削加工相關技術領域，并公開了一種基于能量最優機器人銑削加工進給方向優化方法。該方法包括下列步驟：S1對于待銑削工件，規劃該待銑削工件在笛卡爾空間的加工軌跡；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。通過本發明，減少能耗，降低加工成本，同時可以減少關節沖擊，提高銑削質量和延長機器人壽命。

技術領域

本發明屬于銑削加工相關技術領域，更具體地，涉及一種基于能量最優機器人銑削加工進給方向優化方法。

背景技術

隨著工業自動化水平的提高，制造業正在變得越來越自動化、智能化。在制造業自動化、智能化進程中工業機器人發揮著重要的作用。機器人已經開始廣泛地應用于各類產品的加工當中，尤其是對大型、復雜的產品加工具有更大的優勢。機器人銑削加工開始應用于生產制造，包括機器人銑削、機器人打磨等，由于機器人的關節剛度較低，因此加工軌跡對機器人加工質量的影響比對機床的影響更大。

伴隨著工業機器人的廣泛應用和市場的擴大，在自動化、智能化生產過程中工業機器人消耗了大部分能源，能量的消耗也是生產過程中需要重點考慮的問題，因為較少的能量消耗代表減少了成本，增加了效益，同時有利于節能減排，保護環境。在某些對能耗有特殊要求的場景中，例如太空或潛水機器人，進行能量優化就顯得尤其重要。此外，能量最優性能與沖擊性能是正相關的，對能量進行優化能夠減少電機和執行器的沖擊，延長機器人壽命，并且減少關節沖擊可以提高機器人銑削加工質量。在中國專利公開說明書，申請號：CN 111037069 A提出來一種基于焊槍自轉角機器人能量優化方法，該專利是通過少量試驗得出功率消耗最小的焊接起點和終點焊槍自轉角組合，主要是針對焊接機器人的軌跡進行能量優化，并未涉及銑削機器人銑削軌跡的能量優化。機器人銑削能量不僅包括機器人本體的能量消耗還需要考慮復雜的銑削過程中的能量消耗，與焊接機器人軌跡規劃的能量優化有較大的不同。對于機器人銑削作業能耗優化的研究卻比較少，實際加工中機器人進行行切時進給方向一般隨意給定進給方向。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種基于能量最優機器人銑削加工進給方向優化方法，建立機器人銑削能量模型，根據能量最小對機器人銑削加工進給方向進行優化，從該進給方向進行銑削加工能夠減少能耗，降低加工成本，同時可以減少關節沖擊，提高銑削質量和延長機器人壽命。

為實現上述目的，按照本發明，提供了一種基于能量最優機器人銑削加工進給方向優化方法，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。

進一步優選地，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，沒有銑削中斷；

(b)假設關節間的摩擦力忽略不計。

進一步優選地，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：