一种针对水射流机床耦合运动的逆解优化方法及其系统技术方案

本发明专利技术公开了一种针对冗余自由度水射流机床耦合运动的逆解优化方法，包括以下步骤：S1：搭建机床硬件系统并建立机床DH模型；S2：根据水射流机床的特点提出三种冗余参数方案；S3：对冗余参数ρ1、ρ2进行参数优化；S4：使用几何法进行逆解求取；S5：根据水射流加工特点，针对当前工况对比三种经过参数优化后的方案优劣并做出决策，选择最优的那组方案计算逆解并将其输入机床中进行实际加工。本发明专利技术无需进行复杂的站位规划，可避免分站加工中出现的水射流过切问题，可以实现水射流机床的八轴进行平顺的耦合运动以保证较高的加工质量。平顺的耦合运动以保证较高的加工质量。平顺的耦合运动以保证较高的加工质量。

An inverse solution optimization method and system for coupled motion of water jet machine tool

【技术实现步骤摘要】
一种针对水射流机床耦合运动的逆解优化方法及其系统


[0001]本专利技术涉及加工设备
，具体地，一种针对水射流机床耦合运动的逆解优化方法和系统。

技术介绍

[0002]随着现代加工技术的发展，许多的特种加工方式开始逐渐成熟，并应用于多种不同类型的生产加工场景中，其中水射流加工是为数不多的冷加工方式，应用十分广泛，但是在一些极端加工条件下，传统的五轴联动机床的自由度不免显得有些捉襟见肘。因此将通用六轴机器人安装于外部移动轴上成为了一个较优的解决方案。
[0003]但是如何分配外部轴与六轴机器人之间的运动优先级成为了难题，过去较多的方式是采用机器人与外部移动轴进行分时运动，将两者的运动进行解耦，在完成整个加工任务的过程中通过站位规划将机器人移动到不同的站位以加工多个分解后的小型加工任务，该方式在机器人进行站位移动时需保持水射流稳定于前一个加工轨迹的末端，这样即会产生过切的问题，因此如何实现机器人与外部轴进行耦合运动以避免分站过程中的过切问题成为了难题，而针对工业机床如何通过稳定耦合运动进行加工的研究也甚少。
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技术实现思路
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种针对水射流机床耦合运动的逆解优化方法，其特征在于：用于实现冗余自由度机床中机器人与外部轴实现平顺的耦合运动，包括以下步骤：S1：搭建机床硬件系统并建立机床DH模型；S2：根据水射流机床的特点提出三种冗余参数方案；S3：对冗余参数ρ1，ρ2进行参数优化；S4：使用几何法进行逆解求取；S5：根据水射流加工特点，针对当前工况对比三种经过参数优化后的方案优劣并做出决策，选择最优的那组方案计算逆解并将其输入机床中进行实际加工。2.根据权利要求1所述针对水射流机床耦合运动的逆解优化方法，其特征在于，在所述步骤S1中，进行搭建机床硬件系统，将八轴机床系统中，采用将六轴机器人倒挂安装于外部XY移动轴的方式，设置可保证末端执行器与机器人第六轴保持共线的末端夹持器，保证后续建立的机床模型可使用所述针对水射流机床耦合运动的逆解优化方法。3.根据权利要求2所述针对水射流机床耦合运动的逆解优化方法，其特征在于，在所述步骤S2中，采用三种针对水射流加工特点的三种冗余参数方案，每种方案中包含了ρ1和ρ2两种参数，三种方案分别为：方案一：ρ1限制机器人第一轴的转动角度θ1，ρ2限制机器人的伸长量；方案二：ρ1限制机器人第一轴的转动角度θ1，ρ2限制机器人的臂展；方案三：ρ1限制外部X轴的移动，ρ2限制外部Y轴的移动；4.根据权利要求3针对水射流机床耦合运动的逆解优化方法，其特征在于，所述步骤S3包括：对三种冗余参数方案中的ρ1进行参数优化，在获取确定的工件加工任务后，首先导入待加工工件的STL模型，然后按照如下ρ1优化算法流程进行，其中：Solution 1为选取矩形包络时ρ1的优化方法过程：首先将工件的包络矩形进行划分，利用矩形的对角线将矩形划分为4个三角形Tria A、B、C、D，其中对角线相交点为centreA，将处于三角形TriaA、B、C、D中的待加工点对应的ρ1按如下方法计算，在TriaA中的待加工点对应的ρ1计算公式为：其中，Rp
1x
与Rp
1y
分别表示Rp1点的x与y坐标，Rp
2x
与Rp
2y
分别表示Rp2点的x与y坐标，centreA
x
与centreA
y
分别表示centreA点的x与y坐标；考虑到使用ρ1的优化方法在加工横跨两个三角形的待加工轨迹时，会导致ρ1的突变，由于水射流加工对稳定性的要求较高，角度突变是不被允许的，当遇到该种工况时，选取进行Solution2过程如下：Solution2为选取圆形包络时ρ1的优化过程：采用圆形包络方式，其中圆心为centreB，ρ1按照下式进行求取：ρ1＝atan2(TrackPoint(i)
y
‑
centreA
y
，TrackPoint(i)
x
‑
centreA
x
)其中，TrackPoint(i)
x
与TrackPoint(i)
y
分别表示加工路径中第i个加工点的x与y坐标，centreB
x
与centreB
y
分别表示centreB点的x与y坐标。5.根据权利要求4所述针对水射流机床耦合运动的逆解优化方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王学伟，张仕进，陈明，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：