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。

带RTCP功能的五轴机床后处理程序开发

为解决带旋转刀具中心点(RTCP)功能五轴机床的后处理问题,以国产桌面式双回转工作台型五轴机床结构为研究对象,对其运动链进行了分析和建模,建立了其正向运动学方程;对旋转轴和平动轴分别进行了反向运动学求解,分析了旋转轴双解问题的求解策略;同时结合五轴机床的RTCP功能,开发了一套通用性较强的后置处理程序。最后对后处理程序进行了五轴加工实验,验证了该程序在实际应用中的正确性和有效性。

一种工业机器人TCP位置标定算法研究

针对工业机器人工具中心点(TCP)的位置标定,提出了一种新的基于固定参考点的标定算法,该算法利用球心与球面点所在平面的投影约束关系建立两组过参考点的直线参数方程,解算参考点坐标,再结合机器人运动学位置约束关系实现了TCP标定。在此基础上,通过试验定量分析了取样点位置分布对标定结果误差的影响。该算法避免了非线性方程组的求解和系数矩阵病态问题,适用于4点及4点以上的各种TCP位置标定方法。

基于可测距平板工具的机器人TCP标定方法

针对工业机器人工具中心点(Tool Center Point,TCP)标定,提出一种基于带二维测距功能标定工具板的标定方法。标定工具板能够感知机器人TCP的触碰,并测量任意两触点之间的距离。使机器人TCP与标定板触碰四次,并以触点形成的线段长度为坐标变换不变量为约束,建立TCP参数标定模型。该模型包括一个三元二次代数方程组,通过消元法可求出其所有可能解,并提出了真实解的判定方法。通过数值仿真,验证了所提出方法的可行性。以电阻触摸屏作为标定板为例,分析了标定板距离测量分辨率对标定精度的影响规律。以电阻屏为标定板进行了参数标定实验,证实了该方法的准确性。方法标定过程简单,易于实现自动化,适用于大多数工业机器人的工具坐标系的标定。

基于球面均匀分布的焊接机器人TCP标定方法

当前焊接机器人工具中心点(TCP,tool center point)采用固定参考点法标定时,存在机器人位姿选择的随机性和分布的不均匀性,为解决这一问题,提出了一种基于球面均匀分布的TCP标定方法.以机器人自带的“六点法”为初步标定基础,创建初始测量点位形;在离线仿真环境下,采用力学斥力迭代法构建以固定参考点为球心呈球面均匀分布的虚拟点,逐组计算使虚拟机器人第六轴末端中心处于各虚拟点处,剔除其中关节角超限、连杆之间发生碰撞的情形;最后调节实际机器人到筛选后的各测量点位形,应用最小二乘球面拟合法求解最终的TCP标定结果.结果表明,该方法使机器人姿态在各测量点绕固定参考点均匀分布,最大限度增大了各测量点之间机器人位姿的差异度,可有效提高标定精度和稳定性.

基于多体理论的双摆头五轴数控机床RTCP误差研究

为了提高五轴数控机床的加工精度,对双摆头五轴数控机床RTCP(rotation tool center point)模块的误差进行了分析.以多体系统运动学理论为基础,结合刚体六自由度假设理论,建立了误差分析模型.对旋转运动引起的RTCP刀具中心点误差和刀具矢量误差进行了深入分析,推导出了刀具中心点误差和刀具矢量误差公式,并利用实验室开发的刀具轨迹仿真软件,对理想轨迹和实际轨迹进行了对比分析,验证了理论和方法的正确性.

RTCP算法中无碰刀轴矢量的确定

针对五轴数控加工中主轴头中心角速度超限和非线性误差的问题,提出了基于旋转轴线性插补的RTCP算法,分析了插补过程中的全局干涉现象,推导了刀杆偏差系数公式,得到了RTCP模式下的无碰干涉区域,避免了干涉现象的发生。算法减小了非线性误差,保证了插补过程中机床旋转轴的运动平稳性,当刀具长度变化时无需重新通过后置处理生成数控程序,提高了加工效率。仿真结果证实了算法的可行性。

五轴加工中心RTCP误差检测及补偿方法

RTCP是五轴加工中心提供的空间五轴联动加工零件的一种先进功能,维护RTCP精度对提高机床加工精度有重要意义。针对机床不具备球杆仪等专用测量装置情况下,探索一种简单可行的RTCP误差检测与补偿的问题,改进了机床制造商提供的经验计算公式,对比了改进后与改进前机床的精度数据,说明了改进可行性。

立式双摆角铣头RTCP运动学研究

立式双摆角铣头是中、大规格五轴联动加工中心的核心功能部件。配置立式双摆角铣头的龙门式五轴加工中心在RTCP功能打开时,2个旋转坐标会引起机床的附加运动。通过研究机床的附加运动,揭示三轴机床与2个旋转坐标之间的运动学匹配关系。通过建立RTCP运动学数学模型,分别计算2个旋转坐标引起的机床附加位移、速度、加速度,并分析机床附加运动与立式双摆角铣头的B轴轴线与刀尖点之间的距离、B轴与C轴的转速和角加速度之间的关系。研究结果为五轴联动加工中心的研发提供了参考。

机器人虚拟TCP的设置及其在加工中的应用

针对机器人末端抓持工件时,无法利用生成在工件上的轮廓点进行去毛边加工的问题,对机器人末端抓持工件在工具固定的情况下去毛边加工的方法进行研究,提出在确定工件加工轮廓与机器人末端TCP的固定位姿关系之后,将固定在机器人工作空间中的工具上一点设置为虚拟TCP,以该虚拟TCP为基准,将附着于机器人末端工件上的加工轮廓点映射成机器人工作空间中的虚拟轨迹点的方法。在给出工件上轨迹点与虚拟轨迹点的映射关系,完成虚拟TCP以及机器人末端TCP设置的基础上,在Fanuc机器人仿真软件Robo Guide中对该方法进行了运动仿真验证后进行了加工,测量了其刀具进给量。实验结果表明:利用该方法对机器人夹持的工件进行去毛边加工,完全满足生产加工的精度要求。

MasterCAM下HNC8系统五轴RTCP程序输出的后置处理定制

旋转刀轴中心控制(Rotational Tool Center Point,RTCP)是现代五轴机床必备的功能之一,在充分了解和分析自用机床结构及RTCP功能要求的基础上,以简单易判的基本RTCP编程为参照,探究了获得五轴联动和定向加工RTCP主体数据的MasterCAM正确后置设置,进行了适应HNC8系统RTCP程序头尾格式输出的后置定制,并通过实际案例应用实施了数控程序输出的仿真测试和实际加工验证,可为不同机床系统实施五轴RTCP程序输出提供参考。

面向航空领域RTCP功能的研究与应用

针对于航空领域对五轴数控机床精度的要求,对RTCP技术进行深入研究.精度达标贯穿始终,是机械、插补和控制等一系列环节准确执行的结果.因此,从系统的整体效能出发,阐述数控系统软硬件平台、高性能设计、算法研究这三级逻辑结构.为实现高精度、高效率的RTCP算法,综合考虑运动队列的设计、补偿向量的计算、插补算法的选取、速度控制的方法,构建完整的算法功能模块.设计检测方案,选取源自航空领域的"S"形检测试件进行模块功能的检测,分析加工工艺及程序执行流程,采用GJ-400数控系统进行实验验证,实际加工效果表明算法的可靠性.

一种基于最小二乘法的RTCP自动测量循环

五轴机床的RTCP功能正常工作,需要对机床的相关几何参数进行正确的标定。标定的精度直接影响到机床的RTCP动作精度。通过测头实现机床的RTCP相关参数自动标定,可以有效提高机床的RTCP参数标定效率,并保证机床的精度稳定性。提出一种基于最小二乘拟合的方法来实现机床的RTCP参数自动高精度标定,具有标定精度高,标定速度快,全程无需人工干涉等优点。该功能在配备GNC60数控系统的机床上实现。最终通过检验运行自动标定循环后的机床的RTCP精度和S型试件加工的精度,证明了该方法的有效性。

基于Cutting Tool的FANUC激光切割系统研制

传统的激光切割多数采用五轴CO_2激光切割机,占地面积大,柔性差,设备采购及维护成本居高不下。为此,设计了基于Cutting Tool的FANUC激光切割系统,该系统包含Cutting Tool技术、离线编程技术、图形生成技术、工具中心点速度输出技术等多种关键技术,拓展了机器人激光切割系统的应用领域,为工业用户提供了一种新的技术解决方案。

复合材料舱段自动划线TCP标定及路径规划研究

为了实现复合材料舱段内仪器支架的精确定位,基于机器人自动扫描划线系统设计了一套喷码TCP(Tooling Center Point)标定工装。激光跟踪仪在9个不同机器人姿态下完成标定工装点测量采集,通过高斯-牛顿法完成末端喷码TCP位置、方向参数标定以及机器人base和数控转台坐标系齐次变换矩阵标定。同时,为了提高支架轮廓线加工离线编程仿真效率,基于模拟退火算法完成了支架轮廓线和划线路径的自动规划。最后,通过喷码TCP点标定和舱段支架自动划线试验,验证了TCP标定和轨迹规划算法的可行性。试验结果表明,喷码点标定最大误差0.15mm,支架划线位置精度在±0.3mm以内,提高了复合材料舱段仪器支架定位精度和装配效率。

基于相机空间点约束的机器人工具标定方法

工具标定就是确定工具坐标系相对于机器人末端坐标系的变换矩阵,但传统的解决方案是通过人工示教点约束的方法,为此提出一种基于视觉相机空间的自动工具标定方法。在末端工具上增加特征点如圆环标志,利用相机建立机器人三维空间与相机二维空间之间的关系,通过自动的三维空间视觉定位,实现对圆环标志的中心点的点约束,视觉定位不需要相机的标定等繁琐过程。基于机器人的正运动学和相机空间点约束完成工具中心点(TCP)求解。重复实验的标定误差小于0.05 mm,实验的绝对定位误差小于0.1 mm,验证了基于相机空间定位的工具标定具有较高的可重复性以及可靠性。

激光测量标定机器人坐标系位姿变换的正交化解算

针对大型装备智能制造中的机器人在线位姿激光跟踪测量与实时引导需求,提出了一种机器人坐标系与激光测量坐标系标定转换和解算方法。设计了基于距离原则的机器人末端光学工具中心点TCP(Tool Center Point)位置标定算法。通过运用空间点坐标重心化配置算法和基于罗德里格矩阵变换的最小二乘优化算法解算出了具有单位正交性的位姿变换旋转矩阵。进行了机器人坐标系位姿变换激光测量标定和优化对比实验,旋转矩阵初值和正交优化值进行点坐标转换后的综合RMSE分别为0.579 0mm和0.501 5mm。结果表明该方法能够有效改进姿态旋转矩阵正交性,并提高位姿变换解算精度。

五轴加工用刀具中心点插补算法的设计与实现

针对数控系统在五轴加工中,只能提供机床坐标系下轴指令编程的问题.基于双转台五轴机床运动学转换关系,综合考虑机床动力学约束和加工路径约束,通过在实时插补中完成工件坐标系下编程指令到机床控制点的转换,来实现五轴加工用刀具中心点插补功能.使得数控系统可以在旋转轴插补的同时,自动对控制点进行实时补偿,确保刀具中心点位于编程轨迹,从而使五轴加工程序能够在不同配置结构的机床上运行,简化加工程序编制,增强程序代码的可读性.

数字化协同测量在飞机弱刚性零件加工中的应用

针对飞机弱刚性蒙皮零件的高精度加工要求,通过机器人铣削系统协同标定、蒙皮边界提取与逆向建模、末端执行器定位修正等技术研究,实现飞机蒙皮、口盖、壁板类结构件边部余量检测及加工在线修正,边界测量精度0.1mm,末端执行器定位误差不大于0.2mm。经验证,本研究满足了四代机制造对数字化测量的要求,显著提高了飞机蒙皮壁板自动化铣削和数字化水平,促进了飞机制造从传统的手工装配向智能化装配模式的跨越。

中点误差控制宽行加工算法

现有的几种利用圆环形切削刃刀具实现五轴宽行加工刀轨生成算法在计算曲率突变曲面时存在刀心波动问题,不利于提高加工效率和保证加工质量。通过分析现有宽行加工算法刀位调整过程,认为产生刀心波动的两个理论因素:行宽致波动量和刀轴致波动量,其中行宽致波动量是由于相邻两刀位行宽大小不一致导致的刀心波动量,刀轴致波动量是由于曲面曲率变化导致刀具的旋转自由度变动产生的刀心波动量。虽然存在两者异号相抵的情况,但也存在同号时增大刀心波动的情况。鉴于问题复杂性,从理论上消除行宽致波动量产生的刀心波动出发,提出中点误差控制刀位优化算法,该算法中的刀心波动仅由刀轴致波动量产生。算法以有效特征线段中点定位刀具,以最大加工行宽为目标,对刀具姿态进行优化。编制了计算程序并对某种螺旋桨试件进行试切试验。通过与Sturz算法和多点法(Multi-point method,MPM)结果比较,验证该算法在减小刀心波动、改善刀轨光顺性和提高加工效率方面的有效性。