叶片复杂曲面的机器人抛磨工艺规划

为了实现复杂曲面工件的智能抛磨加工,对叶片复杂曲面进行机器人抛磨工艺规划。对抛磨点位置规划算法和基于最大接触原则的抛磨姿态规划算法进行了研究。首先,通过平行截面法获得抛磨路径割线,以非均匀有理B样条(NURBS)曲线描述。接着,提取曲线特征参数,根据设定的阈值进行抛磨点规划,再基于抛磨轮与工件的最大接触原则进行抛磨点姿态规划,从而得到完整的抛磨路径。然后,将工件位姿从工件坐标系转换到TCP坐标系。最后,搭建了柔性抛磨系统仿真平台生成机器人控制程序。实验结果表明,此方法规划的路径可用于叶片复杂曲面的机器人抛磨加工。分别用本文规划所得路径和CAM软件规划所得路径对叶片进行抛磨加工,测得表面粗糙度分别为0.695~0.930μm和2.803~3.243μm。本文提出的抛磨位姿规划方法可用于复杂曲面工件的抛磨路径规划,使工具和工件保持最大接触,从而避免了位姿不合理所产生的过抛和欠抛。

汽轮机中小型叶片机器人抛磨系统研究

针对汽轮机中小型叶片抛磨,研制了一套基于机器人技术的自动抛磨系统。系统组成包括工件快速抓取装置、工件抓取精度校验模块、抛磨机、离线编程系统等。应用该系统对两个规格叶片进行了抛磨应用试验,工件的抛磨精度及表面粗糙度均达到产品要求。实现了从工件抓取上料到抛磨完成下料过程的全自动化抛磨。

基于离线编程的汽轮机中小叶片机器人抛磨工艺规划研究

本文提出一种用于汽轮机中小叶片机器人抛磨工艺规划的方法,在该方法的基础上基于商用离线编程软件二次开发了专用的离线编程模块,可快速生成用于叶片抛磨的离线程序,以及完成运动仿真及机器人标定等工作。实验表明,采用该工艺规划方法生成的程序能够快速、精确完成汽轮机叶片机器人抛磨作业,抛磨效果良好。

机器人磨抛复杂曲面加工轨迹对表面质量的影响研究

为了探究不同加工轨迹及其排布对工件磨抛加工表面质量的影响,本文进行了机器人磨抛轨迹对工件表面质量影响规律的研究。基于Preston去除方程和Hertz接触理论建立了砂带磨抛加工材料去除深度模型,分析了表面残留纹理的生成机理。以曲面航空发动机叶片为试验样件,利用自行搭建的机器人磨抛系统,分别使用等距轨迹、摆线轨迹进行加工试验,分析材料去除效果及表面纹理情况。试验结果表明,采用传统直线加工的等距轨迹于搭接处产生条带状纹理;摆线因其多方向性的加工动作,均化了表面纹理,提高了加工表面一致性。

基于PSO-LSSVR的机器人磨抛材料去除模型

为了建立磨抛工艺参数与材料去除深度的关系,建立一种基于最小二乘法支持向量回归机(LSSVR)的材料去除深度预测模型,并引入粒子群优化(PSO)算法来优化LSSVR的超参数,可提高LSSVR模型的预测准确性和全局优寻能力。搭建叶片机器人砂带磨抛实验平台,设计并进行多工艺参数实验,考虑工艺参数:砂带粒度、砂带转速、进给速度、接触力和叶片表面曲率半径,获得叶片表面的材料去除深度,最终利用实验数据建立了PSO-LSSVR叶片材料去除深度预测模型。结果表明,PSO-LSSVR模型的预测准确率为95.37%,平均预测误差为0.003463,说明PSO-LSSVR模型具有较高的预测精度,并结合实际加工情况进行实验验证可行性,证明PSO-LSSVR模型可以有效合理地建立工艺参数与材料去除深度的关系。

机器人自动磨抛飞机蒙皮切边去除深度工艺

根据Preston理论建立蒙皮切边材料去除深度摸型,确定影响材料去除深度工艺参数,获得工艺参数对材料去除深度的影响规律。采用单因素实验法通过Ansys有限元软件仿真和机器人磨抛实验验证模型的正确性,设计正交试验对工艺参数进行优化使达到预期去除深度。研究结果表明,工艺参数对材料去除深度的影响程度从大到小依次为接触力、百页轮转速、进给速度,经验证优化的参数组合去除材料深度达到预期要求,证明该模型的正确性。

焊缝磨抛机器人的结构优化及控制系统研究

随着现代工业制造技术的飞速发展,焊接技术在各个领域得到了广泛应用,而焊缝磨抛作为焊接后的重要处理环节,直接关系到产品质量和外观。然而,传统的焊缝磨抛手工作业存在着工作强度大、效率低、环境恶劣等一系列问题,给工人的身体健康和作业效果带来了负面影响。为了解决这些问题,机器人技术的引入成为一种可行的解决方案。本文围绕焊缝磨抛机器人的结构优化及控制系统展开研究,旨在通过机器人技术的创新应用,提高焊缝处理的效率和精度同时降低生产成本。

基于快速终端滑模的机器人柔顺磨抛阻抗控制

为提高磨抛机器人在未知干扰和建模不确定性下的动态柔顺性能,实现高精度的自动磨抛,提出了一种主动柔顺模糊自适应变阻抗控制方法。以阻抗控制为基础,引入快速终端滑模进行运动控制,以提升控制系统鲁棒性与响应速度,基于指数趋近率,采用连续的双曲正切函数代替符号函数建立带有抑制抖振功能的控制律;在此基础上,采用模糊控制调节阻抗参数来提高系统响应时间和减少超调量,设计了模糊自适应变阻抗模块,定义了模糊规则。通过李雅普诺夫函数验证了控制器稳定性。进行了Simulink仿真对比实验,结果表明,相较于PID,所提方法在响应速度方面提高了37.2%,超调量降低了20.5%,累计误差方面也有明显改善,有利于提高磨抛表面的一致性和磨抛精度。

基于RBF神经网络的四旋翼磨抛机器人力/位混合控制

由六自由度并联平台和四旋翼无人机构成的四旋翼磨抛机器人的飞行轨迹和末端执行器打磨力难以稳定控制,为此提出一种基于RBF神经网络的力/位混合控制方法。根据Euler-Lagrange方程建立系统动力学模型,采用力/位混合控制器实现机器人在打磨时对力和位置的精度要求。在力控制环,采用PID控制和接触力前馈控制;在位置控制环,采用基于RBF神经网络的鲁棒控制。利用MATLAB/Simulink进行机器人轨迹跟踪和磨抛力控制仿真实验。结果表明,所提出的控制方法使得四旋翼磨抛机器人具有良好的轨迹跟踪效果,并且打磨力能保持稳定。

基于ROS的磨抛机器人系统设计

水暖卫浴产品的手工磨抛存在抛光质量不稳定、产品一致性差等问题。此外,加工过程中的噪声与粉尘也会对工人的身体健康造成一定的伤害。为了有效地解决上述问题,研制出一套对工件进行磨削抛光的磨抛机器人系统,以多轴运动控制器(PMAC)为核心搭建控制系统,基于机器人操作系统(ROS)与MoveIt!构建运动控制器,极大地提高了机器人系统的可操作性和可拓展性。现场试验结果表明,研发的磨抛机器人系统可以替代人工对工件进行磨抛加工,控制系统性能良好,产品质量稳定。

机器人磨抛复材壁板去除环氧树脂涂层的研究

为了在机器人磨抛碳纤维复合材料壁板去除环氧树脂涂层时不损伤表层纤维,对影响环氧树脂涂层去除深度的主要工艺参数进行了研究。采用Preston去除理论建立环氧树脂涂层的去除模型,运用Abaqus软件对磨抛去除过程进行仿真,研究了单因素条件下主要工艺参数对去除深度的影响,并通过材料表面纹理分析了材料损伤情况。采用柔性磨抛工具和自适应压力实时补偿的柔顺恒力磨抛方式,进行了磨抛实验。结果表明:去除深度为12.0~15.0μm时磨抛效果最佳;采用柔性磨抛工具和自适应压力实时补偿的柔顺恒力磨抛方式,能将去除深度精准地控制在微米级,既不损伤基材又可获得一致性较好的表面质量。

基于被动柔顺的机器人抛磨力/位混合控制方法

为了实现抛磨系统机器人末端的位置控制和接触力控制,提出一种基于被动柔顺装置的机器人抛磨系统力/位混合控制策略.在机器人末端安装一个柔顺装置实现对工具末端力控制和位置控制的解耦.柔顺装置一端安装于机器人末端,另一端连接抛磨工具.机器人控制器控制机器人末端位姿,间接对工具末端位姿进行控制和补偿,柔顺装置控制器直接控制工具与工件的接触力.经过建模分析,采用非线性PD(比例-微分)控制提高了柔顺装置的动态调节性能.仿真结果证明该方法可以对目标轨迹进行跟踪与补偿,并实现期望力的快速调节.非线性PD控制将柔顺装置受干扰后恢复稳定的调节时间由220 ms提高到60 ms.实验进一步验证了仿真结果,并通过对航空叶片进行打磨与抛光获得了良好的表面质量.结果表明提出的控制方法是切实可行的.

主动柔顺抛磨力在协作机器人的控制方法

提出了一种基于主动柔顺的机器人抛磨力控制方法,该力反馈末端执行器将被安装到ur协作机器人末端法兰的集成单元中。基于主动柔性装置的力/位混合控制策略,提出了抛磨系统控制装置控制机器人的位置并控制位置控制。通过集成一个力传感器,测量抛磨力并反馈给控制器,根据抛磨的预先计划要求对其进行调节。协作机器人末端执行器具有抛磨头,机器人控制器的力控算法操作抛磨头,从而实现恒力抛磨,以提供抛磨工具的柔度。在建模分析之后,使用复合非线性反馈控制算法来改善协作机器人本体的力控动态瞬时反映效果。经过实验表明,基于主动柔顺的机器人抛磨力控制算法可以有效的跟踪和补偿力和位置数据,具有较好的减振效果和显著的力跟踪效果。

基于阻抗模型的工业机器人磨抛柔顺控制

以型面尺寸精度与表面质量控制为目标的航空发动机叶片磨抛加工是叶片制造过程中的关键技术和难题。基于机器人磨抛执行器系统结构,文中采用基于位置的阻抗控制策略建立了磨抛执行器的柔顺控制系统,采用李雅普诺夫法分析机器人磨抛执行器的系统稳定性,实现了叶片磨抛加工过程中磨抛力的柔顺控制。实验结果表明,该方法能有效提高叶片表面磨抛加工质量。

航空发动机风扇叶轮机器人自动化定量去除方法

航空发动机风扇叶轮动平衡差会引起发动机内部轴承及叶片等零部件的损坏,导致发动机振动,整体性能下降。针对某航空发动机风扇叶轮的动平衡定点定量去除加工要求,提出了一种多传感器融合的自动化加工方法。该方法基于六自由度机器人系统及数控转台,将测量传感器与力学传感器相融合,利用机器人控制技术来实现风扇叶轮的自动化磨抛,并进行理论去除量与实际去除量的对比实验分析。实验结果表明,当磨抛区间>10°时,理论去除量和实际去除量的差值在±1%以内,验证了所提出的预测磨抛区间的准确性与加工方法的可行性。与传统的人工磨抛或复杂昂贵的机床磨抛加工相比,此方法对于航空发动机风扇叶轮定点定量去除具有集成度高、效率高、普及性强等优点,为航空发动机的制造提供有力的技术支撑。

叶片机器人砂带磨抛点云匹配算法优化

为解决机器人磨抛路径中工件坐标系难以计算的问题及校正工件装夹误差,将三维点云配准技术应用到叶片机器人砂带磨抛系统中。由三维激光扫描仪扫描工件型面获得工件点云,采用基于主成分分析(PCA)的全局配准算法和改进的迭代最近点(ICP)算法完成了扫描点云和工件模型离散点云间以及不同工件扫描点云间的匹配,以获取工件坐标系和校正工件装夹误差。相关仿真和试验结果表明,优化后的算法在匹配速度与精度上有了长足改进,且加工后产品精度和质量都能满足实际加工要求。

基于特征值坐标的机器人局部抛磨定位方法

提出一种复杂曲面机器人局部抛磨定位方法。在测量点集中选取种子点,利用多元统计学中的协方差矩阵,建立各点相对于旋转和平移坐标变换不变的特征值坐标,以此直接搜索抛磨零件的设计曲面,生成对应点对;进而将各点主轴取向归一化,给出一种计算测量数据和模型曲面间坐标变换的方法;在此基础之上,求解变换矩阵并通过最小距离目标函数选取正确的局部定位坐标变换,实现机器人到复杂曲面指定抛磨区域的准确定位。实验结果显示:该方法简捷、可靠且容易实现,特别适用于复杂曲面零件的局部抛磨加工定位。

机器人磨抛微量去除飞机蒙皮包铝工艺试验

为了实现民用飞机蒙皮包铝的良好微量磨抛去除,解决传统手工磨抛效率和加工质量低的问题,进行了机器人磨抛包铝工艺试验。根据Preston去除理论建立包铝的去除量模型,分析磨抛过程中的工艺参数对包铝微量去除的影响规律。利用ABAQUS软件对磨抛过程进行模拟仿真,分析磨抛压力、进给速度、磨料粒度、工具转速等工艺参数对去除深度的影响规律。利用自行搭建的机器人磨抛系统平台,设计单因素试验验证模型的可靠性,通过正交试验确定优化工艺参数组合,实现对包铝磨抛微量去除的控制。结果表明,在一定范围内,磨抛压力对去除深度的影响较大,磨料粒度对去除深度的影响相对较小;对磨抛工艺参数的控制可以实现材料的微米级均匀一致性去除,并获得了良好的表面质量。

机器人磨抛氧化锆涂层工艺研究

使用搭建的机器人自动磨抛平台系统,针对氧化锆热障涂层磨抛工艺开展了研究,旨在通过机器人磨抛加工对涂层厚度及表面粗糙度进行合理控制,提高涂层表面质量。基于Preston理论建立了氧化锆涂层材料的去除模型;通过单因素试验研究了主要磨抛参数对材料去除深度的影响规律,基于正交试验确立了氧化锆涂层材料磨抛最优工艺参数组合和工艺步骤,对航空发动机喉道密封片氧化锆涂层进行了磨抛加工。试验结果表明,在一定范围内,材料去除深度随着磨抛压力及磨抛盘转速的增大而增大,随着进给速度的增大而减小;磨抛压力对材料去除深度的影响较大,磨抛倾角对去除深度的影响较小。机器人磨抛系统采用力控方式实现了定量均匀去除,涂层厚度和表面质量一致性良好,加工效率显著提高,同时也验证了本机器人自动磨抛系统的实用性和优越性。

面向复杂曲面的机器人砂带磨抛路径规划及后处理研究

针对机器人砂带磨抛复杂曲面叶片问题,对叶片内外型面和进排气边的磨抛路径规划及后处理技术进行了研究,对复杂曲面叶片的机器人砂带磨抛路径规划的计算效率及加工效率进行了分析,提出了一种将基于等残留高度法的笛卡尔空间计算的磨抛行距转化为参数域空间的磨抛行距的方法,并将机器人砂带磨抛复杂曲面叶片接触轮的中心坐标位置、支撑轴矢量以及轴线矢量数据后处理为机器人的位姿信息,利用机器人砂带磨抛系统装备实验平台对复杂曲面叶片进行了实际的加工实验。研究结果表明:所提出的刀路规划和后处理技术能够有效地解决机器人砂带磨抛复杂曲面叶片的问题,具有加工路径总长短以及路径条数少的特点,计算简单、加工效率高、加工表面质量好。