工业机器人铣削加工路径全局光顺方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种工业机器人铣削加工路径全局光顺方法及系统，包括：读取刀位文件中的离散刀位信息，对离散刀位对应的机器人任务位姿进行处理得到冗余参数；建立机器人关节空间下的全局光顺性能指标；在离散刀位信息中选取多个刀位作为特征刀位，以特征刀位的冗余参数为设计变量，以全局光顺性能指标最小化为目标，以机器人的关节限位、运动奇异避免与路径刚度性能为约束，建立全局约束优化模型；优化特征刀位的冗余参数，通过插值获得全部刀位的冗余参数，从而获得最优机器人任务位姿序列；根据最优机器人任务位姿序列获取机器人的铣削加工路径；机器人根据铣削加工路径执行铣削加工。通过本发明专利技术优化后的机器人铣削路径具有更加平滑的关节路径。

Global fairing method and system for milling path of industrial robot

【技术实现步骤摘要】
工业机器人铣削加工路径全局光顺方法及系统
本专利技术涉及工业自动化领域，具体地，涉及一种工业机器人铣削加工路径全局光顺方法及系统。
技术介绍
工业机器人的大工作空间、高柔性配置及相对较低的投资成本等优势，使得机器人加工成为大型复杂零件加工制造的一种新的技术途径。与传统五轴机床相比，机器人执行铣削加工任务时，存在绕刀轴方向转动的功能冗余自由度。功能冗余自由度的优化求解为机器人铣削路径优化提供了一种有效的方式。目前通用的商业机器人离线编程软件提供的功能冗余自由度优化方法，通过图形化交互窗口，由技术人员人工操作生成一条可行的运动路径，而且生成的路径并不一定性能最优。其中容易出现的问题包括：机器人的关节角度可能出现大幅度变化，影响加工表面质量；或者，机器人的关节加速度、跃度可能出现大幅度变化，造成优化效果的损失。因此，如何得到更加光顺的工业机器人铣削加工路径，对于提升机器人铣削加工效率与加工表面质量具有十分重要的意义和背景。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种工业机器人铣削加工路径全局光顺方法及系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种工业机器人铣削加工路径全局光顺方法，其特征在于，包括：/n冗余参数获取步骤：读取刀位文件中的离散刀位信息，对离散刀位对应的机器人任务位姿进行处理得到冗余参数；/n全局光顺性能指标建立步骤：建立机器人关节空间下的全局光顺性能指标；/n模型建立步骤：在离散刀位信息中选取多个刀位作为特征刀位，以特征刀位的冗余参数为设计变量，以全局光顺性能指标最小化为目标，以机器人的关节限位、运动奇异避免与路径刚度性能为约束，建立全局约束优化模型；/n最优任务位姿获取步骤：优化特征刀位的冗余参数，通过插值获得全部刀位的冗余参数，从而获得最优机器人任务位姿序列；/n后置处理步骤：根据最优机器人任务位姿序列获取机...

【技术特征摘要】
1.一种工业机器人铣削加工路径全局光顺方法，其特征在于，包括：
冗余参数获取步骤：读取刀位文件中的离散刀位信息，对离散刀位对应的机器人任务位姿进行处理得到冗余参数；
全局光顺性能指标建立步骤：建立机器人关节空间下的全局光顺性能指标；
模型建立步骤：在离散刀位信息中选取多个刀位作为特征刀位，以特征刀位的冗余参数为设计变量，以全局光顺性能指标最小化为目标，以机器人的关节限位、运动奇异避免与路径刚度性能为约束，建立全局约束优化模型；
最优任务位姿获取步骤：优化特征刀位的冗余参数，通过插值获得全部刀位的冗余参数，从而获得最优机器人任务位姿序列；
后置处理步骤：根据最优机器人任务位姿序列获取机器人的铣削加工路径；
执行步骤：机器人根据铣削加工路径执行铣削加工。


2.根据权利要求1所述的工业机器人铣削加工路径全局光顺方法，其特征在于，所述冗余参数获取步骤包括：
读取刀位文件，获取离散刀位序列CLs＝CLi|CLi＝(oi,zi),i＝1,2,...,N},其中oi为第i个刀位CLi的刀尖点在工件坐标系下的坐标，zi为第i个刀位CLi的单位刀轴矢量在工件坐标系下的坐标，N为刀位点数量，为三维实向量空间；
定义每个刀位的初始机器人坐标系Ti,0，i＝1,2,...,N，其中Ti,0的原点位于oi，z轴指向zi，x轴沿着铣削加工路径的切向，y轴由右手法则确定；
建立每个刀位的冗余机器人任务坐标系，Ti(ηi)＝Ti,0·Rz(ηi)，i＝1,2,...,N，其中，Ti(ηi)表示第i个刀位的冗余机器人任务坐标系，ηi∈[-π,π]为第i个刀位的冗余参数，表示饶刀轴的旋转角度，Rz(ηi)为绕z轴转动ηi的旋转齐次变换矩阵。


3.根据权利要求1所述的工业机器人铣削加工路径全局光顺方法，其特征在于，所述全局光顺性能指标建立步骤包括：
建立机器人铣削加工系统运动学模型，基于机器人铣削加工系统运动学模型，利用机器人逆向运动学模型获得各刀位的机器人关节变量；
采用数值微分方法，建立关节的跃度估计公式，进而建立评价路径全局光顺性能的指标。


4.根据权利要求1所述的工业机器人铣削加工路径全局光顺方法，其特征在于，所述模型建立步骤包括：
采用弦长参数化方法为每个刀位CLi进行路径参数赋值，{ui,i＝1,…,N}；
确定Nt+1个特征刀位的路径参数
对特征刀位的冗余参数进行3次分段插值，获得全部刀位的冗余参数值其中，表示第i个特征刀位对应的冗余参数，ηi表示第i个刀位的冗余参数，为特征刀位冗余参数的3次分段插值多项式；
建立以特征刀位的冗余参数为设计变量，以路径全局光顺性能指标最小化为目标，以关节限位、运动奇异避免与路径刚度性能为约束的优化模型。


5.根据权利要求1所述的工业机器人铣削加工路径全局光顺方法，其特征在于，所述最优任务位姿获取步骤包括：
计算冗余参数可行区间，将全局约束优化模型中的非线性约束等价表示为区间约束，并采用微分演化算法进行求解，得到特征刀位的最优冗余参数，并通过插值获得全部刀位的冗余参数，进而获得最优机器人任务位姿序列。

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【专利技术属性】
技术研发人员：彭景福，丁烨，丁汉，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31