一种大型木结构异形加工方法技术

本发明专利技术提供了一种大型木结构异形加工方法。该方法使用装有专用木料加工刀具的工业机器人进行大型木结构异形加工，加工流程包括：根据现场要求以及工艺参数选择木料类型、确定加工形状、尺寸、打孔位置以及加工所用刀具类型；设计人员构建异形木结构三维CAD数字模型；根据CAD模型生成工业机器人打孔、铣削、切削等加工轨迹；使用matlab或其他软件仿真生成机器人轨迹，并根据实际轨迹与理想轨迹误差结果修正规划的机器人加工轨迹；根据生成的加工轨迹与所使用的工业机器人型号编写机器人加工代码；机器人编译代码、自动加工木料。使用本发明专利技术的方法，可加工多形状、多工艺的异形木结构，灵活性强；采用机器人自动化加工的方式，加工精度高，减少了木结构异形加工中人力与设备资金的投入，同时解决了大型木料难以自动化加工的问题。

A special method for machining large wooden structures

The invention provides a large wood structure special shaped processing method. This method uses an industrial robot equipped with special wood cutting tools to process large-scale wood structures with special shapes. The processing flow includes: selecting wood types according to site requirements and process parameters, determining processing shapes, sizes, drilling locations and cutting tool types; constructing 3D CAD numbers of special-shaped wood structures by designers. Word model; according to CAD model to generate industrial robot drilling, milling, cutting and other processing trajectory; using MATLAB or other software to simulate the robot trajectory, and according to the actual trajectory and ideal trajectory error results to modify the planned robot processing trajectory; according to the generated processing trajectory and the industrial robot model used. Write robot processing code; robot compiles code and automatically processes wood. Using the method of the invention, the special-shaped wood structure with multi-shapes and multi-processes can be machined, and the flexibility is strong; adopting the robot automatic processing method, the processing precision is high, the input of manpower and equipment funds in the special-shaped wood structure processing is reduced, and the problem that the large-scale wood is difficult to be processed automatically is solved.

【技术实现步骤摘要】
一种大型木结构异形加工方法
本专利技术涉及一种木料加工方法，特别涉及一种大型木结构异形加工方法。
技术介绍
当前异形木构件加工方法主要有：1、工艺人员设计加工图纸，然后根据设计图纸加工木料；2、工艺人员使用CAD软件建立木构件数字模型，然后利用数控大型设备加工木料。第一种方法加工精度由工艺员的熟练度决定，加工精度得不到保证，加工表面粗糙度高，而且一旦加工过程出现失误会造成大量木料的浪费。第二种方法虽然提升了加工精度，降低了劳动力投入，但大型数控加工设备价格昂贵，维修价格高，而且大型木料横跨度大，由于尺寸限制，一些木料并不适合采用该方法加工。
技术实现思路
为解决上述方法不足，本专利技术的目的在于提供一种机器人大型木结构异形加工方法，使用装有专用木料加工刀具的工业机器人对大型木料进行打孔、铣削与切削等工艺的自动化加工，提高了异形木构件的加工精度和表面粗糙度，解决了大型木料因尺寸限制不能数字化加工的问题，同时减少了木工人员的工作量，节约了大量人力与设备资金投入。本专利技术采取的技术方案是：一种大型木结构异形机器人加方法，步骤如下：S1、确定加工参数，包括木料类型、加工方式、加工区域、所用刀具；S2、构建所需的异形木结构三维CAD模型；S3、规划异形木结构机器人加工轨迹，包括：机器人点到点(PTP，point-to-point)加工轨迹规划(例如对木料进行打孔加工)、机器人连续路径(CP，continuous-path)加工轨迹规划(例如切削、铣削加工)；S4、仿真生成机器人加工轨迹，根据误差进行轨迹规划校正，根据最终轨迹编写机器人可识别代码实现机器人自动加工木料。进一步的，所述S1中，根据所需异形木结构形状与连接类型确定木料加工方式、加工区域以及其他加工参数。进一步的，所述S2中，设计人员应用UG、PRO/E等含CAD模块软件建立异形木结构三维数字模型。进一步的，所述S3中，给定机器人初始位姿，并根据三维CAD数字模型获取加工轨迹，用多项式插补算法进行加工轨迹插补，生成木料开孔等点到点型加工轨迹与铣削等连续型机器人加工轨迹。进一步的，所述S4中，使用matlab仿真生成加工轨迹，与理想轨迹对比，修正规划的加工轨迹。根据生成的机器人加工轨迹编写机器人可执行程序，进行异形木结构加工。本专利技术的益处在于：采用计算机建立木料数字化加工模型，无须设计人员将三维图转换为二维图再交给木工人员加工，木工也无需转换二维图，节省大量时间。采用机器人加工的方法，比较木工人员加工的方法，该方法加工精度高，人员投入量少；比较数控机床加工的方法，该方法解决了木料尺寸限制的问题，且维护费用低，灵活性高。仿真生成加工轨迹，对比理想轨迹修正规划的加工轨迹，可进一步提高加工精度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例的异形木结构机器人加工工艺流程图。具体实施方式本专利技术提供了一种大型木结构异形加工方法，主要步骤如下：1、设计人员根据现场要求以及工艺参数选择木料类型、确定加工形状、尺寸、打孔位置以及加工所用刀具类型。2、使用pro/E或其他含CAD模块的软件根据设计参数建立异形木结构三维CAD模型，选择机器人初始位姿点获机器人加工运动轨迹信息，包括木料开孔加工的点到点(PTP)轨迹、开槽与铣削的连续加工轨迹(CP)。3、木料点到点加工轨迹(PTP)生成方法：a)沿轨迹选定一系列定位点，即开孔加工位置点，从插值和满足插值点约束的函数中选定参数化轨迹，约束的给定和机器人的轨迹，规划在关节坐标系中进行，该方法直接用运行时的受控变量进行轨迹规划，可接近实时的进行。为了生成相对平滑的轨迹，在从起始点运动到终止点的整个时间段内，应保持位置与速度的连续性以及保证加速度不发生突变。b)运动过程中，起始关节角qa与终止关节角qb可以通过运动学反解得到，因此运动过程的描述可以通过起始关节角与终止关节角的一个平滑函数q(t)表示。当t＝0时，q(t)＝qa,,当运动终止时刻t＝tf时，q(t)＝qb,另外将两个时刻q的速度和加速度作为边界条件，以上所述可表示为：q(0)＝qa,q(tf)＝qb用一个五次多项式拟合轨迹：q(t)＝a0+a1t+a2t2+a3t3+a4t4+a5t5根据边界条件q(0)＝qa,q(tf)＝qb；可解得：a0＝qaa1＝0a2＝q/2T2a3＝[10(qb-qa)-2q]/T3a4＝-5[3(qb-qa)-1/2q]/T4a5＝[6(qb-qa)-q]/T5其中，T＝tf-t0,为两点间总的运动时间。进一步可得：其中，qab＝qb-qa。c)每个开孔点位置可通过示教的方式一一确定，而每个开孔点间的轨迹可通过上述插补公式迅速得到，这样不需对运动过程的每点做实时运动学反解运算，而且可以减少在线示教的工作量。利用五次多项式插补的方法可以得到平滑的轨迹，保证了机器人工作的平稳性。4、铣削等连续曲线加工轨迹(CP)生成方法：a)提取轨迹轮廓的特征点，给定总的运动时间T，按照时间将整个轨迹分为n段[t0,t1…tn]。n的大小根据需要的精度而赋值。用四次多项式拟合起始段与结束段运动轨迹，中间段用三次多项式拟合，该方法可满足对机器人手端运动速度约束。b)根据曲线轨迹方程和手部姿势运动规律求出时刻ti手部坐标系相对基座坐标系的变换矩阵求运动学反解，得到各关节变量值qi1,qi2…qin以及各关节速度c)起始段多项式：q1(t)＝a10+a11t+a12t2+a13t3+a14t4其导数可表达为：给定约束条件：起始段起始位置q0，终止位置q1，起始速度终止速度起点加速度终点加速度可算得：a10＝q0d)中间第i段轨迹多项式：qi(t)＝ai0+ai1t+ai2t2+ai3t3用0表开始时刻，1表示终止时刻，约束条件如下：qi(0)＝qi0qi(1)＝qi1求得：ai0＝qioe)末端轨迹多项式：qn(t)＝an0+an1t+an2t2+an3t3+an4t4约束条件：qn(0)＝qn0,qn(1)＝qn1可求得：an0＝qn0到此已得出各段轨迹关节运动规律。f)进一步的，借助matlab软件，可计算n大小。n大小确定步骤如下：1)为n赋一初始值。2)求得n值下计算出的第i段轨迹多项式，并求得与理想轨迹误差。3)若误差大于允许误差，n＝n+2,若否，则当前n值为理想值。5、对比三维CAD数字模型与matlab或其他仿真软件仿真得到的异形木结构加工轨迹，修正示教点位置与加工轨迹中各给定参数值，直到满足加工精度期望值6、用机器人可识别语言编程实现上述机器人加工轨迹，使用两台工业机器人对木料分别进行开孔加工与其他连续性加工。以上显示和描述了本专利技术的基本原理、主要特征及本专利技术的优点。本行业的技术人员应该了解，本专利技术不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本专利技术的原理，在不脱离本专利技术精神和范围的前提下，本专利技术还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本专利技术范围内。本专利技术要求保护范围由所附的权利要求书及其等本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大型木结构异形加工方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、确定加工参数，包括木料类型、加工方式、加工区域、所用刀具；S2、构建所需的异形木结构三维CAD模型；S3、规划异形木结构机器人加工轨迹，包括：机器人点到点加工轨迹规划、机器人连续路径加工轨迹规划；S4、仿真生成机器人加工轨迹，根据误差进行轨迹规划校正，根据最终轨迹编写机器人可识别代码实现机器人自动加工木料。

【技术特征摘要】
1.一种大型木结构异形加工方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、确定加工参数，包括木料类型、加工方式、加工区域、所用刀具；S2、构建所需的异形木结构三维CAD模型；S3、规划异形木结构机器人加工轨迹，包括：机器人点到点加工轨迹规划、机器人连续路径加工轨迹规划；S4、仿真生成机器人加工轨迹，根据误差进行轨迹规划校正，根据最终轨迹编写机器人可识别代码实现机器人自动加工木料。2.如权利要求1所述的大型木结构加工方法，其特征在于，所述S3中，规划异形木结构机器人加工轨迹包括打孔或其他点到点PTP轨迹规划与铣削或其他连续CP轨迹规划，并包含轨迹仿真、校正步骤。3.如权利要求1所述的大型木结构加工方法，其特征在于，根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：何斌，龙博，王志鹏，周艳敏，沈润杰，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31