[发明专利]一种大型复杂构件机器人加工离线轨迹规划方法

说明书

本发明属于工业机器人加工领域，并公开了一种大型复杂构件机器人加工离线轨迹规划方法。包括：构件CAD模型三角网格化；建立机器人末端执行器模型，根据末端执行器模型建立机器人轨迹的优化准则，使用优化算法求解关键参数；根据加工要求对构件分片，规划每个片体的轨迹；对生成轨迹进行离散化；将得到的所有片体的轨迹组合优化获得整个构件的加工轨迹。本发明的方法利用大型复杂构件CAD模型和末端执行器模型自动生成机器人的加工轨迹，在无需人工干预的情况下，自动优化轨迹参数，获得经过优化的机器人加工轨迹，提高工作效率，降低试验成本，此外该方法自动对大型复杂构件进行分片处理，生成高精度的轨迹，保证良好的加工质量。

技术领域

本发明属于工业机器人加工领域，更具体地，涉及一种大型复杂构件机器人加工离线轨迹规划方法。

背景技术

大型复杂构件，如大型风电叶片、航空结构件、高铁车体结构件等，在航空航天、能源和交通等领域有着广泛应用，其自由曲面外形尺寸精度与表面粗糙度对提高其流体动力学性能至关重要，需要通过先进的加工技术实现高精度、高表面质量制造。

大型复杂构件由于尺寸超大，而且其型面通常具有不规则的曲率分布，进行自动化加工时存在一定的困难。因此，风电叶片、高铁车体结构件、船舶结构件等大型复杂构件表面加工目前仍主要以人工为主，对工人技术要求高、劳动强度大、效率低，加工能力不仅严重依赖操作人员的技术水平，产品质量及其一致性均难以保证，现有加工手段无法满足航空航天、能源等领域日益增长的超大型复杂构件高效高精加工需求，机器人具有运动灵活度高、工作空间大、环境适应性和并行协调能力强等优势，将其用于大型复杂结构件的加工逐渐成为了一个新的研究热点，但是，现有的机器人轨迹规划方法未考虑大型复杂构件的特性，无法用于大型复杂构件的加工。相应地，本领域亟需一种针对大型复杂构件的机器人轨迹规划方法，以便更好地满足大型复杂构件的加工要求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种大型复杂构件机器人加工离线轨迹规划方法，利用构件的CAD模型和末端执行器模型自动生成机器人的加工轨迹，其目的在于在无需人工干预的情况下，自动优化轨迹参数，获得经过优化的机器人加工轨迹，降低了试验成本，同时也压缩了加工预处理的时间，此外，对构件进行分片处理，通过对每个片体的轨迹进行规划，再将每个片体的轨迹进行组合成一条连续的加工轨迹，由此解决无法应用于大型复杂构件的加工的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种大型复杂构件机器人加工离线轨迹规划方法，其特征在于，所述规划方法包括下列步骤：

(a)针对机器人末端执行器，对于任意待加工构件表面有相邻的两条加工轨迹的情形，选定加工方式后分别构建该末端执行器沿所述两条加工轨迹作业的加工厚度模型，根据该加工厚度模型获取所述待加工构件表面厚度变化和所述两条加工轨迹之间间距的计算表达式，为使待加工构件表面厚度均匀，构建关于所述两条加工之间间距和所述末端执行器运动速度的优化目标函数，使得所述待加工构件表面厚度与预设要求厚度方差，以及所述待加工构件表面的最大厚度、最小厚度与预设要求厚度之差最小，求解所述优化目标函数以此获得最优的末端执行器速度和所述两条加工轨迹之间间距；

(b)针对具体选定的待加工构件，建立该待加工构件的CAD模型并对该CAD模型进行三角网格化，以此获得三角网格化的CAD模型，将该三角网格化的CAD模型按照不同的加工要求分为多个片体，按照步骤(a)中获得的最优的两条加工轨迹之间间距对每个片体进行规划，以此获得每个片体各自对应的一条连续的加工轨迹，将所有片体的加工轨迹连接，以此形成一条连续的总的加工轨迹，该总的加工轨迹即为所需的待加工构件的加工轨迹。

进一步优选地，在步骤(a)中，所述加工厚度的模型优选采用下列表达式，