基于机器加工时间最短的混合遗传算法

基于机器加工时间最短的思想设计混合遗传算法,从全局和局部引导算法搜索方向,提高了算法的效率。用该混合遗传算法求解了某军工企业的一期工程问题,取得了较好的结果。

论当下工艺美术创作中手工技艺与机器加工的关系

工艺美术作为实用美术,除了传承传统手工艺文化内涵,也发挥着为人们生活服务的功能。商品化过程中机器的使用和手工技艺的关系对工艺美术创作的价值凸显,无论是手工还是机器无非都是为工艺美术内涵和概念提供物象支撑,工艺美术创作的价值是由内涵和技术共同决定的,商业价值的标准并不能用技术的类型来衡量,这将限制工艺美术的发展。

面向机器人加工复杂轮廓误差控制的策略研究

针对机器人加工复杂曲面零件,提出一种面向加工轮廓误差的控制策略。通过向量的形式定义了机器人加工任务的轮廓误差,结合双向搜索、斐波那契搜索和球面线性插补算法,对机器人轮廓误差进行了估计;在此基础上通过将加权轮廓误差分量补偿到机器人任务空间的速度指令中,设计了机器人加工任务的轮廓控制策略。实验结果表明:对于位置和姿态轮廓误差,估计值与真实值的差异非常小,且与单纯的跟踪控制相比,位置和方向轮廓平均误差大约降低了30%,验证了所提加工轮廓误差控制策略的有效性。

铣削加工机器人旋量建模及几何求逆优化

为了提高机器人在铣削加工应用中的性能,将旋量理论应用于铣削加工机器人的建模中。针对仿真过程中逆解计算太慢的问题,提出了一种改进几何法对求逆过程进行优化。该方法以库卡KR60铣削加工机器人为例,考虑铣削加工位置相对固定,忽略了机器人前三个关节引起的逆解变化,从而简化了逆解的求取。仿真结果表明,经过改进后的几何法相对MATLAB软件自带求逆方法能够极大提高运算效率,减少仿真时间。

基于改进SSI法的加工机器人工作模态在线辨识

为提高串联式机器人的加工能力,提出一种基于改进SSI法的加工机器人工作模态在线辨识方法,该方法首先在传统SSI法的基础上进行改进,利用NExT法、模态置信因子及模态保证准则3种手段来提高加工机器人工作模态参数辨识精度。其次,利用加工机器人铣削加工振动数据对其走刀路径上关键点位出的模态频率和阻尼比进行在线辨识。最终,通过机器人切削加工实验验证该方法,实验结果表明,相比于锤击实验结果,改进SSI法模态参数辨识误差在7%以内,且相比于传统SSI法,改进SSI法模态参数辨识精度更高。因此,若仅关心模态频率及阻尼比,该方法可实现加工机器人走刀过程中模态参数的在线辨识,可为后续机器人进行工艺规划和优化提供输入条件。

虚拟TCP设置及其在机器人数字化编程与加工中的应用

数字化制造中,机器人加工装备在数字化空间中实现轨迹生成、优化和加工仿真,需要利用TCP坐标系对轨迹进行转换并实现与实际加工一致的轨迹运动仿真,提高加工精度。当机器人采用工件在手的作业方式时,其TCP坐标系和轨迹点同时处于机器人末端,无法驱动机器人运动。通过设置虚拟TCP坐标系并利用虚拟TCP坐标系与轨迹点重合的约束条件,统一工件在手和工具在手的轨迹转换方法。在运行轨迹点时,机器人的TCP坐标系依次与转换后的轨迹点重合,保证仿真过程与机器人实际加工过程的一致。通过设置多个虚拟TCP坐标系,可以对相同轨迹点进行复用,提高编程效率。为验证虚拟TCP坐标系设置的正确性,分别在机器人铣削和磨削加工的数字化空间中设置虚拟TCP坐标系,通过对实际产品的加工,验证了两个空间中轨迹运行的一致性。通过调整数字化空间中的虚拟TCP位置,其磨削精度可以达到0.15 mm。

机器人加工误差分析及提高加工精度的方法

机器人本体误差和工具误差最终都传递到工具末端形成加工误差,为提高加工精度,对机器人本体进行各类误差的解耦标定,再标定安装于机器人末端的工具。利用轴旋转法对机器人本体进行标定,并分析初始零位值对机器人几何参数标定精度的影响。采用新MDH法建立运动学模型,对位置和姿态关节进行解耦,利用解析法求取位置关节角,用牛顿迭代法求取姿态关节角。在工具标定时,建立机器人加工装备的数字化模型,利用实际装备与数字化装备的映射一致性,求取工具的安装与制造误差。采用新MDH法可方便设置基坐标系,易于计算初始零位值。实验结果表明,初始零位值补偿后,机器人本体和工具标定后的轨迹精度可以达到0.28mm。

六自由度铣削加工机器人刚度建模及误差补偿

针对铣削加工机器人低刚度特性影响加工精度的问题,对机器人的刚度建模和误差补偿方法进行研究。以ES165D型号的6自由度串联机器人为研究对象,综合考虑机器人关节变形、臂杆变形和臂杆重力对机器人末端变形的影响,建立了机器人整体刚度模型;通过机器人末端受力变形试验,可知末端变形预测值与试验值的平均绝对百分比误差小于15%,证明了机器人刚度模型的有效性和准确性;基于机器人刚度模型对铣削加工过程中的加工路径进行补偿,补偿后加工路径的平均距离误差相对补偿前降低37.39%。

基于深度神经网络的机器人加工系统模态特性预测

串联式工业机器人具有工作空间大且灵活性强的特点,被广泛应用于飞机蒙皮、航空透明件等大型结构件的加工。然而,工业机器人存在刚度弱、动态特性空间分布差异大的问题,导致其铣削稳定性极限低,不同加工区域的铣削性能变化明显,可供选择的工艺参数窗口狭窄的问题。研究机器人铣削系统加工过程中的动态特性,建立位姿相关模态预测模型对提升机器人加工性能有重要意义。本文以ABB机器人加工系统为研究对象,提出了一种基于深度神经网络的模态预测方法。首先,采用多普勒测振仪对机器人加工系统进行了模态试验,对多阶模态的空间变化加以分析。随后,根据机器人实际工作空间,设计测试试验组从而获取位姿相关的频响函数集,并利用有理多项式法准确辨识相关模态参数。在此基础上,采用超参数优化法建立深度神经网络预测模型,最终实现工业机器人工作空间内位姿相关的多阶模态参数准确预测。试验结果表明,该方法预测精度可达80%以上。

机器人轮带磨削的重力补偿设计及加工工艺(特邀)

机器人辅助轮带磨削是一种基于计算机控制光学成形技术的确定性加工方法,具有成本低、柔性好、智能程度高且操作空间大的优点,因此机器人辅助轮带磨削作为一种较低成本的高精度、多自由度加工方法逐渐受到关注。文中介绍了所设计的机器人辅助轮带磨削系统结构及其加工原理,装置通过气动系统进行输出压力的柔顺控制。研究了任意加工姿态下机器人辅助轮带磨削中的恒力加载问题,分析了轮带磨削工具悬臂组件重力分量对其末端输出接触力的影响,建立了末端执行器的重力分量模型,并提出了基于姿态传感器的重力补偿控制方法,能够实现0~63 N范围内的恒力控制,并且最大压力波动小于1.82%,重力补偿系统的响应时间小于300 ms,实现了轮带磨削工具在任意姿态下的恒力加载。最后,根据Hertz接触理论和Preston方程完成了磨削工具在工件接触区域内的压强分布和速度分布分析,建立了轮带磨削工具的去除函数模型,并对碳化硅曲面与硫化锌非球面进行修形磨削实验,验证了装置加工的稳定性。

大型复杂构件加工机器人的本体设计与工作空间分析

大型复杂构件是航天、轨道交通、能源、船舶等领域装备的核心结构件,具有尺寸大、形状复杂、加工精度要求高等特点。目前,能克服龙门设备成本高、柔性和适应性不强等缺陷的机器人化加工系统成为大型复杂构件加工的利器。但现有的机器人化加工系统本体性能存在工作空间小、负载能力弱等问题。因此,提出了一种可作为大型复杂构件加工机器人核心本体的混联机构。该混联机构包括1个执行加工任务的串联机械手和1个6-UPS并联机构;借助6个驱动杆驱动的6-UPS并联机构一方面用于支撑串联机械手并调控其位置,另一方面用于驱动以混联机构为本体的机器人行走,从而实现机器人的机动和工作空间的拓展。进行了串联机械手部分、6-UPS并联机构部分、整个混联机构的运动学建模和工作空间求解,证明整个混联机构的工作空间显著大于串联机械手部分的工作空间和6-UPS并联机构部分的工作空间;以提出的混联机构作为机器人本体,设计出机器人虚拟样机,通过在三维软件中实现机器人虚拟样机的步态行走,证明所设计的机器人可以借助行走功能进一步拓展工作空间。

机器人加工力位测量平台与软件模块开发

机器人铣削加工过程中末端力和位置监测对加工变形误差的计算和补偿具有重要作用,由于机器人控制系统具有一定的开放性,开发力位测量上位机软件并与机器人控制系统实时通讯,可以有效掌握机器人加工过程位姿相关的末端力和位置信息,为变形误差预测和补偿提供数据基础。在ABB IBR6660工业机器人上利用基恩士激光位移传感器和ATI六维力传感器搭建了机器人末端力位测量系统,其中位移传感器安装在主轴端、力传感器安装在主轴和法兰之间,利用基恩士激光位移传感器和ATI六维力传感器的接口函数结合C#开发了力位测量软件模块,利用ABB工业机器人的PC Interface接口和PC SDK函数开发机器人上位机通讯软件平台,给出了关键代码,最终实现了机器人铣削加工中的末端力位信息实时测量,为机器人加工变形误差的预测和补偿提供数据与控制平台基础。

机器人加工系统及其切削颤振问题研究进展

采用工业机器人加工系统来实现航空、航天等领域的装配现场加工,是非常有效的技术途径。由于机器人加工系统的整体刚度过低,在实际加工过程中较易自激产生颤振现象,造成加工失效甚至断刀现象,是当前机器人加工系统应用研究需要解决的技术难题。通过对国内外先进机器人加工系统的研究综述,重点分析机器人加工系统的主要特点及切削颤振问题,以机器人加工系统的刚度模型和动力学模型为理论基础,以期进一步揭示机器人加工系统切削颤振机理。为提高机器人加工系统的加工精度和动静态性能而设计出更适合的切削颤振主动抑制技术,并对有待进一步解决的问题以及未来的研究方向进行了讨论与展望。

机器人测量-操作-加工一体化技术研究及其应用

阐述了机器人加工的发展现状与面临的挑战,回顾了机器人测量操作加工一体化所需要的关键技术。以典型的机器人加工过程为例,分析了机器人测量操作加工一体化过程中误差的来源,建立了加工误差及其传递模型,并分别计算分析了测量误差、坐标变换误差与机器人执行误差对加工精度的影响。将机器人测量加工一体化方案用于飞机机翼和机身装配垫片的磨削加工,由点云数据得到工业机械臂的加工轨迹和工艺参数规划数据,通过在机械臂末端安装顺应打磨头来消除工件法向的位置误差,实现恒力打磨。实验结果表明,该机器人加工方案能够实现飞机装配垫片的变厚度磨削加工。

提高机器人扫描加工系统加工精度的方法

将机器人三维扫描系统应用到工业加工中,建立了机器人在线测量加工系统.利用已知半径的标准球体作为参照工具,提出一种基于几何约束的非线性优化方法.在线精确地标定了便携式三维扫描系统和机器人的位姿关系,提高了测量精度.同时,提出一种使用虚拟刀具工具中心点和预补偿机器人系统误差的方法,提高了机器人的加工精度.对吉他的边缘进行扫描和加工的实验结果表明:该系统具有稳定、高精度、易于自动化等优点.

切削加工机器人与CAD/CAM系统集成化

使用6R工业机器人构架切削加工平台,论述切削加工机器人与CAD/CAM系统连接和集成的数据流结构,研究切削加工机器人的后置处理过程遇到的关键问题。阐述后置处理过程各个步骤的实现原理,并以REIS RV16工业机器人为例,建立切削加工机器人的原型系统,对其后置处理过程的坐标系变换、运动学求解、冗余自由度和奇异点回避问题进行推导和论述。建立切削加工机器人的仿真和后置处理系统平台,并完成2D和3D样件的加工。试验和仿真结果表明,该系统能够完成切削加工机器人的后置处理过程及生成可执行的机器人加工指令。

远隔控制激光—机器人加工系统在汽车制造业的应用及发展趋势

由于激光具有极高能量密度和超高加工速度等特殊的加工特性,近年来受到世人的注目。特别是远隔控制激光—机器人加工系统的超高加工效率,倍受青睐。就当前激光加工领域最先端的"远隔控制激光—机器人加工系统在汽车制造业的应用及发展前景"进行了综述。远隔控制激光加工头是通过程序控制反射镜和聚焦镜的位置,以实现任意形状的加工。试验结果表明,实际加工速度可达500m/min,并实现小于等于0.1mm以下的轨迹加工精度。

考虑机器人约束加工的制造单元调度方法

为了有效解决机器人制造单元中考虑机器人约束加工(Robot Restricted Processing,RRP)的调度问题,提出了基于时间约束集的调度策略.通过内外驻留和基本周期等概念对RRP问题进行描述,以系统平均制造周期最小作为目标,建立综合考虑RRP、驻留及资源约束的调度数学模型.为最优化机器人作业顺序,提出了一种禁忌循环时间点(Tabu Circulatory Time Point,TCTP)搜索算法.并且进行了仿真实验分析,结果表明该算法是可行且有效的.

面向多轮廓的机器人加工路径优化研究

针对多轮廓零件机器人加工的路径优化问题,提出了一种基于改进遗传算法和最小外接三角形法的机器人加工路径规划新方法。采用基于改良圈的遗传算法优化任意选择的走刀路径,得到轮廓加工序列,而最小外接三角形法对该轮廓序列动态寻找各轮廓入刀节点,构建走刀路径,经过反复迭代,得到了一条优化的走刀路径。仿真结果表明,所提算法可有效构建机器人走刀路径,缩短空行程。

激光加工机器人在相贯线切割中的轨迹规划

针对激光加工机器人在相贯线切割过程中对激光头的姿态要求严格以及相贯线位置模型复杂的问题,提出了一种控制激光头位置和姿态的连续轨迹规划方法。将激光头与切割点处待加工曲面的法线方向保持同轴,通过求解激光头与切割点处待加工曲面的夹角来确定激光头的姿态;根据相贯线模型的特点,给出一种由圆柱面上三点(任意两点不在同一条母线上)确定相贯线轨迹的激光头位置插补算法。通过仿真验证了该轨迹规划方法可以有效地完成对激光头位置和姿态的控制。该方法计算量小、操作方便,对工业机器人在三维加工时的轨迹规划有一定参考价值。