微小研抛机器人运动与加工系统研究

【摘要】： 大型模具制造的自动化技术是航空航天、汽车等制造行业提高生产效率、降低生产成本、加速产业升级的重要保障。模具表面的精整加工是模具制造过程中的重要环节。模具表面精整加工的自动化研究也就成为大型模具制造自动化研究的必要组成部分。本课题组独辟蹊径,提出了一种用微小设备加工大型自由曲面的新思路:把机器人技术与模具表面研抛技术融为一体,利用微小机器人在大型自由曲面上灵活地移动,依据曲面的几何信息和工艺信息自主决策,进行研抛作业。 依照这个思路,课题组开发了高机动程度、高可操纵度的轮式微小研抛机器人系统。该机器人可以在大型自由曲面工件上自主定位、自主移动并智能地完成研抛加工工作。 本文主要针对微小研抛机器人的研抛加工系统和运动系统,运用理论推导、计算机仿真、运动学和研抛系统试验等方法展开研究。开发了一套完整的柔性研抛系统。该系统集主动柔性与被动柔性于一体,很好地适应了工件曲面形状的变化。针对研抛加工工件表面痕迹形成机制进行了仿真试验,研究确定了机器人相邻研抛轨迹的最佳行距。研抛加工试验结果表明,利用微小研抛机器人对大型自由曲面进行研抛可达到较理想的加工效果。设计了正交试验,研究机器人研抛工艺参数,优化了研抛参数配比。在对微小研抛机器人的运动学研究部分,本文解析了微小研抛机器人的运动学特性,建立了机器人运动学模型。确定了机器人移动作业方案,推导了运动过程中的相关参数,提出了机器人角速度因子k并分析了k与机器人循迹过程精度和稳定性的关系。找出了机器人结构的局限性及解决办法。依照以上运动学研究成果,拟定了机器人运动学控制程序。通过试验,微小研抛机器人的运动学规律、运动方案以及运动程序得到了验证。本文对微小研抛机器人运动学方面的研究成果可以指导机器人在非平整地形上,实现对任意轨迹的跟踪。 课题的研究工作得到了国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目:大型曲面自主研抛作业微小机器人技术(编号:2006AA04Z214)的资助。