[发明专利]考虑轮廓误差最小的铣削加工机器人姿态优化方法及设备

权利要求书

1.一种考虑轮廓误差最小的铣削加工机器人姿态优化方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、根据待加工工件和刀具路径，通过进行切削力仿真，得到工件坐标系下的离散刀位点处相应的切削力

S2、计算刀轴方向矢量到机器人基坐标系的齐次变换矩阵⁰T₆，从而将工件坐标系下的刀位点数据转换成机器人基坐标系下的刀位点数据；

S3、将⁰T₆转换为z-y-z型欧拉角表达，获得每个刀位点对应的刀轴旋转角度γ，并将γ均匀离散为M-1段，得到相应刀位点处γ的第m个取值γ_m，m＝1,2,…,M；

S4、在基坐标系下由步骤S2、S3的刀位点数据结合机器人逆向运动学解、机器人刚度模型计算各刀轴角度γ_m下的刀尖点偏差δ；

S5、根据步骤S4的机器人刀尖点偏差δ计算刀具铣削加工过程中各个刀轴角度γ_m对应的刀位点轮廓误差ε，所述刀位点轮廓误差ε定义为：机器人刚度变形后刀尖点实际位置到参考轨迹之间的最短距离；

S6、对于单个刀位点，以其对应的刀位点轮廓误差最小为目标，在机器人逆向运动学解和给定的运动学约束下，搜索该刀位点对应的所有刀轴角度中使得刀位点轮廓误差最小时的γ_m对应的机器人姿态，即为使得该刀位点处的刀位点轮廓误差最小的机器人姿态；

所述运动学约束包括：机器人的角位移不超过关节角度极限；相邻刀位点还要使机器人各个关节角度的变化量不超过预设值；

S7、对所有的刀位点执行步骤S6，获得待加工工件和刀具路径对应的机器人最优姿态。

2.如权利要求1所述的一种考虑轮廓误差最小的铣削加工机器人姿态优化方法，其特征在于，步骤S1中，与分别为：

其中：为工件坐标系下刀位点的坐标与刀轴方向矢量，

为刀位点坐标，

为刀轴方向矢量，

为工件坐标系下的切削力矢量，

分别为工件坐标系中x、y、z方向的切削力分量，

N为刀位点总个数。

3.如权利要求1所述的一种考虑轮廓误差最小的铣削加工机器人姿态优化方法，其特征在于，步骤S2包括：

用⁰T₆表示刀轴矢量到机器人基坐标系的齐次变换矩阵，其表达式为：

⁰T₆＝⁰T_wb*^wbT_wp*^wpT_tool,n (3)

其中：⁰T_wb表示从工装台坐标系到机器人基坐标系的齐次变换矩阵，

^wbT_wp表示从工件坐标系到工装台坐标系的齐次变换矩阵，

^wpT_tool,n表示由第n个铣削刀位点的刀轴方向矢量转换的齐次变换矩阵；

第n个铣削刀位点和齐次变换矩阵^wpT_tool,n满足：

4.如权利要求3所述的一种考虑轮廓误差最小的铣削加工机器人姿态优化方法，其特征在于，步骤S3中，将变换矩阵⁰T₆转换为z-y-z型欧拉角表达，即变换矩阵⁰T₆与欧拉变换参数Ea(x，y，z，α，β，γ)之间满足：

rot(z,α)rot(y,β)trans(x,y,z)＝⁰T₆ (5)

其中，rot和trans分别为旋转算子和平移算子，表示旋转变换和平移变换；x、y、z为基坐标系下刀尖点的坐标，α、β表示基坐标系下刀轴的姿态角度；第三欧拉角γ表示刀轴旋转角度，将γ均匀离散为M-1段，则第n个刀位点对应的欧拉变换参数为(x，y，z，α，β，γ_m)。