基于六自由度机器人平台的曲面零件抛光系统研究与开发

摘要

自由曲面在模具、汽车、航空航天、船舶等领域有着广泛应用。目前，国内对自由曲面的研磨、抛光精密加工很大程度上依靠人工作业。人工作业不仅抛光效率低、人工成本高、对工人身体健康伤害大；而且抛光质量完全依靠工人的技术水平及经验。对曲面零件自动抛光技术研究不仅可以提高抛光效率、改善抛光质量，而且可以极大地减轻工人劳动强度。本文致力于以六自由度工业机器人平台研究并开发面向复杂曲面零件的自动抛光系统，主要研究内容包括：
　　1.提出一种基于曲率因子和局部曲面片大小因子的刀位点综合采样策略；并借助UG/CAE模块的2D网格划分器应用该采样策略实现曲面2D网格离散；提取曲面网格顶点的坐标及法向量作为多轴刀位点的数据。提出一种基于链表思想的改进的Dijkstra算法实现路径规划，并采用分段直线段拟合出机器人抛光运动轨迹。
　　2.采用六点法通用坐标系标定方法标定一般曲面零件的坐标系，并提出一种八点法（平面特征三点、线特征两点、柱面特征三点）快速标定带有旋转柱面特征工件坐标系的方法；利用几何法实现抛光刀具半径及长度补偿功能。
　　3.基于机器人位置控制系统开发出机器人抛光力控制系统并通过软件处理力信号实现了机器人抛光力/位混合控制，并针对该力/位混合控制方式提出了一种恒力抛光策略，对抛光效率、抛光质量和刀具寿命有非常明显的改善。
　　4.以VC++6.0平台基于UG开发了曲面抛光数据离线生成系统WHUT-CLGenerator，实现曲面2D网格离散、多轴刀位点求解、抛光轨迹规划和抛光数据输出等功能；基于VC++6.0平台开发了机器人抛光控制系统WHUT-ROPOLISH，实现机器人I/O通信、初始化设置、刀具补偿、工件坐标系标定和抛光运动控制等功能。
　　5.搭建了六自由度通用工业机器人曲面抛光系统试验平台；以某型号玻璃瓶模具作为试验工件；应用WHUT-CLGenerator系统离线生成抛光数据并利用ROBCAD系统验证抛光轨迹的安全性及各多轴刀位点的可达性后，导入WHUT-ROPOLISH系统中完成该工件的抛光试验，验证了本文所开发的机器人曲面抛光系统的可行性和抛光质量。
　　本文开发的机器人曲面抛光系统的多轴刀位点生成、抛光轨迹规划、工件坐标系标定、刀具补偿和抛光运动控制等功能在WHUT-CLGenerator和WHUT-ROPOLISH系统中已基本实现，可以完成复杂曲面零件的自动抛光作业。

目录

声明

第1章 绪论

1.1选题背景

1.2 课题研究目的和意义

1.3曲面零件自动抛光技术的发展现状

1.4 主要研究内容

第2章 复杂曲面特性及曲面抛光关键技术

2.1 复杂曲面数学表达及特性

2.2 机器人曲面抛光的关键技术

2.3 复杂曲面抛光系统的技术路线及系统结构

2.4 本章小结

第3章 抛光数据离线生成及机器人抛光控制

3.1 多轴刀位点数据自动生成

3.2 抛光运动轨迹规划

3.3 机器人运动控制技术

3.4 刀具补偿及工件坐标系标定

3.5 机器人抛光力/位混合控制

3.6 抛光策略

3.7 本章小结

第4章 软件开发

4.1 抛光数据离线生成系统WHUT-CLGenerator开发

4.2 机器人抛光控制系统WHUT-ROPOLISH开发

4.3 本章小结

第5章 轨迹仿真与试验验证

5.1 抛光轨迹可达性及干涉检查仿真

5.2 试验验证

5.3 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间研究成果情况