复杂曲面机器人磨抛技术研究现状与趋势展望综述

在航空、能源、交通、军工等国家战略领域中,针对复杂曲面零件的自动化、高质量和高效率磨抛需求,对近年来国内外工业机器人磨抛加工关键技术及集成系统的研究和应用进展进行了综述。首先,从复杂曲面机器人磨抛机理及工艺优化、磨抛运动轨迹规划、磨削力控制等方面总结了复杂曲面机器人磨抛技术的研究成果;然后,介绍了国内外机器人磨抛集成系统应用现状;最后,分析了复杂曲面机器人磨抛技术的主要问题以及发展趋势,为该技术的发展提供了重要的指导和方向。研究结果表明:当前该技术存在的主要问题包括磨抛机理不够清晰,数学模型不够准确,复杂曲面机器人磨抛轨迹规划效率不高,磨抛力的控制仍不够精准等;另外,磨抛工艺参数优化、机器人力位混合控制、机器人高精度标定与误差补偿、基于数字孪生的机器人磨抛在线监控、机器人磨抛细分应用场景等方面的研究和实践将极大地推动机器人磨抛技术的发展和应用。

基于高斯混合模型的机器人曲面打磨路径规划

针对自由曲面上不规则区域的机器人打磨路径规划问题,提出一种基于高斯混合模型(GMM)的自适应路径规划方法。首先借助测地线的数值求解实现多边形网格上的指数映射与对数映射,然后基于黎曼流形上的GMM实现曲面上不规则区域的统计建模,并基于平行样式完成对不规则区域的打磨路径规划。所提方法简练描述了曲面上不规则区域的分布情况,并高效实现了局部覆盖路径规划。最后使用工业机器人在NURBS曲面工件的实验平台上进行实验,实验结果验证了该算法的可行性和有效性。

机器人曲面抛光末端VCM力迭代学习控制研究

针对曲面元件机器人抛光过程中的柔顺控制和响应速度问题,研究一套机器人抛光柔顺控制系统。采用切片算法完成抛光轨迹规划以控制机器人顺应曲面元件表面低频段轮廓与曲率变化,设计一种力控末端执行器达到主动力输出和高速响应要求,提出基于迭代学习控制的电流迭代优化控制策略使执行器中音圈电机输出力以高精度跟随目标力,减小元件表面中高频段波纹度与表面粗糙度。搭建以机器人、力控执行器、六维力传感器、运动控制卡为核心部件的实验平台。仿真与实验结果证明所设计柔顺控制系统力控性能良好,力平均响应时间为55.4 ms,力跟踪误差小于3 N,能够满足曲面元件抛光加工需求。

模具曲面机器人智能抛光系统的研究

介绍了一个初步实现的模具曲面机器人智能抛光系统的构成 ,分析了模具机器人抛光的特性 ,重点对实现机器人模具智能抛光系统的若干问题诸如工艺过程建模、工艺知识的获取与表达、工艺知识库与数据库建立。

模具曲面机器人抛光工艺过程的建模与仿真

在PUMA 5 6 2型机器人上开发了模具曲面自动抛光实验系统 ,分析了三维模具曲面抛光过程中影响抛光效果的主要工艺参数 ,提出以等效半径来表征抛光工具与模具曲面的空间相对位置 ,并利用多元线性回归和正交实验的方法建立了模具曲面抛光工艺过程的模型 .仿真和实验结果表明该模型综合反映了抛光工艺参数对抛光效果的影响规律 。

模具曲面抛光工艺知识的获取

针对模具曲面抛光工艺规划专家系统开发中的抛光工艺知识的获取问题进行了研究。在分析了模具曲面抛光工艺过程的基础上 ,探讨了抛光工艺知识的特征 ,给出了抛光工艺知识的获取方法 。

自由曲面抛光机器人设计与运动学仿真

设计了一种自由曲面抛光并联机器人,对其进行了运动学分析,建立了并联机器人机构位姿逆解方程,并给出了显式解析表达。应用Solidworks2008软件完成了三维实体建模,并利用机械系统动力学分析软件ADAMS对该并联机器人机构进行了运动学仿真和分析,验证了方案的可行性。

一种复杂曲面打磨机器人自适应贴合柔性机构研究

针对工程中复杂曲面打磨困难的问题,提出一种能迅速贴合工件表面的柔顺混联式自适应机构,对其工作空间、运动学和动力学工作特性进行了分析研究。利用基于方位特征集的拓扑结构理论求解自适应机构的自由度、耦合度。利用数学应用软件对机构的参数进行数值计算,获得了自适应机构在抛光打磨过程中的工作特性曲线和工作空间模拟图。建立自适应机构的样机模型并进行样机实验,分析了在对模拟的复杂工件曲表面加工时的运动学和动力学特性,实验得出本设计相对传统机型的优势。

复杂曲面机器人自动化研抛加工试验

为提高复杂曲面工件光整加工的效率和表面质量,搭建了以KUKA 30-3机器人为基体的自动化研抛平台并对复杂曲面工件进行了研抛加工试验。基于机器人工具坐标测量原理,针对本试验工件进行刀具坐标测量,利用CAD/CAM进行轨迹规划,采用一定倾角的弹性抛光盘进行研抛加工。试验结果表明,采用"XYZ-4点"方法确定刀具坐标系原点和采用ABC世界坐标法确定刀具坐标系姿态,实现了加工过程中研抛刀具沿研抛轨迹的精确走刀。CAD/CAM轨迹与姿态规划的自动生成代替了传统复杂、费时的示教方法,实现了加工过程的主动柔顺性,而弹性抛光盘的采用实现了被动柔顺性。采用该试验平台和方法实现了复杂曲面工件自动、高效、低成本的研抛加工。

微小研抛机器人开放式控制系统研究

提出在大型模具曲面上进行自主研抛作业的微小机器人的运行特征,建立了一种基于PMAC和PC的双CPU开放式控制系统。通过对伺服运动、研抛执行和传感定位子系统的分析,全面介绍了系统体系结构和控制策略,运动实验结果表明了系统的可行性。该微小研抛机器人控制系统的设计符合实用要求,具有一定应用价值。

基于自适应采样的复杂曲面抛磨轨迹生成算法及其性能对比

针对抛磨机器人面向复杂曲面加工运动轨迹规划困难,不能随曲率自适应采样所导致的轨迹规划精度不高等问题,提出了一种基于自适应采样的NURBS曲面抛磨轨迹生成算法,首先针对已建立的CAD模型进行自由曲面数据点提取,并建立了求取一条P次NURBS曲线数学模型,其次,针对得到的NURBS曲线进行基于杠杆原理的曲线自适应采样离散,最后,自动生成机器人抛磨连续轨迹。算法性能对比实验表明:文章自适应采样算法能在曲线曲率大处小间距采样,采样点分布密集,而在曲率平缓处大间距采样,采样点分布较稀疏,达到了采样点随曲率自适应分布的效果,同时,自适应采样算法的拟合曲线与理论曲线接近,生成轨迹精度高。

基于MasterCAM的模具曲面抛光路径生成方法研究

为提高模具曲面抛光的表面质量和效率,采用数字化自动抛光不失为一种好的方法,MasterCAM是常用的CAD/CAM加工软件之一,根据目前MasterCAM软件的曲面加工路径设定方法,着重对模具曲面抛光路径生成方法进行探讨。并针对模具表面的不同曲面采取了相应的抛光路径生成方法,以获取较理想的抛光效果。

数字化磁力研抛技术在模具中的应用

针对模具制造过程中模具表面的自动化研抛光整加工的问题,介绍了一种数字化磁力研抛技术。从专用的数字化磁力研抛设备和在NC机床上改装方法、磁性磨粒的选择、研抛加工工艺参数的选择、三维模具加工模型的获得与数字化研抛轨迹的生成方法,详细介绍了其关键技术。

模具型面数控研磨抛光技术研究

分析了模具型面数控铣削后表面形貌的特点 ,在此基础上提出相应的研磨抛光工艺 ,并开发出适用于数控机床的工具系统 ,以实现研磨抛光作业的自动化 ,提高工作效率。

模具曲面抛光过程中表面去除的试验研究

本文分析了模具曲面抛光工艺过程，指出了影响抛光过程中表面去除的主要因素，并利用在 PUMA－ 562型机器人上开发的模具自动抛光试验系统对抛光的表面去除问题进行了试验研究，得到了模具曲面抛光时表面去除的规律，对自动抛光工艺规划具有指导意义。

面向曲面的三头浮动式抛光机械手设计

传统的单头单自由度抛光头在抛光曲面零件时很难达到抛光精度。为适应曲面类零件的抛光,帮助企业提高自动化生产水平,改善抛光行业工人的工作环境,降低抛光行业工人的技能和经验要求,设计一款面向曲面的三头浮动式抛光机。理论分析结果显示,所设计的抛光头结构能够满足曲面抛光的工艺需求。