滚筒螺旋叶片的激光熔覆中机械臂路径轨迹研究

装煤是采煤机螺旋滚筒叶片的主要功能,复杂煤层赋存条件和非线性冲击载荷会使其磨损加剧甚至失效,尤其是叶片的尾端和外缘部分,运用激光熔覆再制造的方法对磨损的叶片进行修复,可以提高使用寿命。针对激光熔覆实验中机械臂的路径轨迹,运用Matlab Robotics Toolbox建立机器人改进DH模型,用蒙特卡洛方法得到其工作空间点云图,用alphaShape()函数对点云进行包络处理,求解出工作空间的体积为27.0217 m3,验证了改进DH建模的正确性,能满足对采煤机螺旋叶片激光熔覆的任务要求。对熔覆实验中机械臂的轨迹进行仿真分析,为叶片的激光熔覆实验做准备。应用运动学分析软件Admas模拟机械臂对叶片外缘螺旋曲线的增材过程,得出其各关节的运动学参数和驱动电机所需的转矩。在重力和末端负载的作用下,运动轨迹的突变使法兰盘出现数量级为10-10的微小波动。将关节角时间序列导入SimMechanics中,作为驱动能控制机械臂做相同的螺旋曲线运动,验证了Adams中得到的关节角时间序列的驱动具有实际意义。对磨损最为严重的尾片磨损曲面特征进行分析,并划分为区域A,B,C。用KUKA机器人示教器在线编程,以直线增量蛇形往复方式,在叶片区域A熔覆耐磨层,改变激光头的姿态使其垂直于叶片的磨损曲面,在区域C熔覆样条曲线,用三维扫描仪获取区域B的点云,并重构曲面。将磨损模型与完整叶片模型利用布尔运算(剪切)得到待熔覆区域的STL文件,并导入增材制造辅助编程软件生成路径程序,熔覆实验时间为70 min,机器人运动平稳,且成型质量良好,几何特征与原叶片一致。研究方法为螺旋叶片修复和其他复杂曲面零件的再制造提供参考,具有较好的工程应用价值。