[发明专利]一种基于RCSA的二叉树机器人铣削系统频响预测方法

摘要

本发明涉及机器人铣削加工领域，并公开了一种基于RCSA的二叉树机器人铣削系统频响预测方法，其包括：(a)将铣削系统划分为子结构B、子结构A和柔性结合部；(b)获取子结构B频响函数并对其模态参数标准化，求解子结构B在待求解姿态下的模态参数和耦合函数；(c)建立子结构A有限元模型并优化其刀具材料参数，获取其频响函数和响应矩阵；(d)实验测得待求解姿态下整体结构的频响函数，并通过IRCSA方法反算得到柔性结合部的响应矩阵；(e)根据RCSA方法计算待求解姿态下的铣削系统刀具端频响函数。本发明提出的预测方法，准确获得机器人铣削系统不同姿态下的刀具端频响函数，实现机器人不同姿态下铣削稳定性的精确预测。

主权项

1.一种基于RCSA的二叉树机器人铣削系统频响预测方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：(a)将待处理六轴铣削系统划分为子结构A、子结构B和连接二者的柔性结合部，其中，子结构A是刀具，子结构B包括机器人、主轴和刀柄，在子结构A上任意设定三个点，分别为点1、点2和点3a，在子结构B上任意设定两点，分别为点4和点3b，其中，点3a和点3b为子结构A与子结构B的交点，在机器人的轴2～轴6的每个关节处分别选择0和θ两个角度，以此获得机器人的32个姿态；(b)在子结构B上建立主轴坐标系，对于所述32个姿态，在主轴坐标系中分别对每个姿态下的子结构B进行锤击实验，获得每个姿态下子结构B两点各自对应的频响函数，同时将该频响函数按照满二叉树进行存储，利用模态理论获得所述频响函数对应的模态参数，建立将模态参数标准化关系式(一)，实现每个关节θ度向90度转化的模态参数正交化，以此获得正交姿态下的模态参数，建立正交姿态和待求解姿态θobj模态参数关系的关系式(二)，以此获得待求解姿态θobj模态参数，并由此获得该待求解姿态θobj下子结构B在3b处的响应矩阵；(c)在主轴坐标系中建立子结构A的有限元模型，同时在子结构A上建立刀具坐标系，并在该刀具坐标系下进行锤击实验，以此获得刀具坐标系下子结构A上每个端点的频响函数，建立该频响函数与子结构A的材料参数的关系式(三)，以此获得子结构A的材料参数，将其带入所述有限元模型中，以此获得主轴坐标系中子结构A的频响函数和响应矩阵；(d)将子结构A装夹在子结构B上形成铣削系统整体结构，在所述32个姿态中选取任意一个姿态θ*，在该姿态θ*下对其进行锤击实验获得整体结构的频响函数，利用步骤(b)获得的子结构B点3b处的频响函数求解获得子结构B点3b处的响应矩阵，采用RCSA方法建立所述整体结构频响函数、步骤(c)获得的子结构A频响函数、子结构B点3b处的响应矩阵和柔性结合部的响应矩阵之间的关系式(四)，并由此计算获得柔性结合部的响应矩阵；(e)根据RCSA理论将步骤(b)获得的在待求解姿态θobj下子结构B在3b处的响应矩阵、步骤(c)获得的子结构A的响应矩阵、以及步骤(d)柔性结合部的响应矩阵部进行耦合计算，以此获得待求解姿态下整体结构点1处的响应矩阵，由此完成机器人铣削系统频响预测。