[发明专利]一种变壁厚复杂曲面结构件内外廓形的双机器人同步加工进给率规划方法

说明书

一种变壁厚复杂曲面结构件内外廓形的双机器人同步加工进给率规划方法，描述结构件内外两侧廓形面的刀具路径，对一侧廓型面的刀路等参数离散；基于法向对应准则，找到离散刀路点在对侧刀路上的对应点及其参数值，建立结构件内外廓型面上对应刀路的同步参数点对；利用泰勒展开构造双机器人的同步约束，以进给率的平方为优化变量，以双机器人同步、插补误差及机器人关节驱动特性为约束条件，建立以加工效率为优化目标的进给率线性规划模型，由此生成变壁厚复杂结构件内外廓形的双机器人同步加工进给率曲线。该方法能够在满足机器人各关节驱动特性约束下，实现变壁厚复杂曲面结构件内外廓形的双机器人同步加工，有效提高该类结构件的加工效率和质量。

技术领域

本发明涉及一种变壁厚复杂曲面结构件内外廓形的双机器人同步加工进给率规划方法，属于机器人加工技术领域。

背景技术

目前，航空透明件、飞机蒙皮、火箭网格壁板等大型薄壁曲面结构件，已被广泛应用于航空航天领域，但受限于薄壁件的弱刚性，在其加工过程中往往采用一侧支撑、另一侧加工的方式，以保证结构件的加工精度和表面质量，所采用的加工装备主要是五轴机床，理论研究和实际加工主要聚焦在工艺系统刚性增强和加工稳定性极限提升等方面。如，王国庆等人的发明“一种面向镜像铣削的双通道协调运动控制方法”(专利号：ZL201410680675.5)通过双通道内铣外撑分布控制，在镜像铣削系统中首先控制外立柱夹具头在工件加工区域背面的中心撑紧工件，再控制内立柱铣削头执行铣削加工。此外，在双机器人协同焊接和抛光等加工方面，现有工作主要集中在双机通讯、协同控制、全局路径优化以及分区、分任务操作等方面，相互间多是点位协同或有很强的独立性，并不涉及双机器人加工进给率的严格同步性要求。如，罗志勇等人的发明专利“一种基于抛物线插值算法的双机器人协同轨迹优化方法”(专利号：CN201811366572.6)通过抛物线插值的方式表示起始关节角度和终止(过渡)关节角度之间的轨迹，实现了关节速度连续和关节加速度有界。该发明旨在提出插值算法使双机器人各关节运动平稳，提高机器人轨迹跟踪精度。

当前，复杂曲面结构件的内外廓形加工，主要还是采用加工完一侧、再翻面加工另一侧的方式，且铣削设备主要为五轴机床，极少采用机器人进行铣削加工，且未涉及变壁厚复杂曲面结构件内外廓形的双机器人同步加工进给率规划。因此，针对非金属材料复杂曲面结构件内外廓形的精密加工需求，为减少加工变形、制造成本和提高加工效率，提出了变壁厚复杂曲面结构件内外廓形的双机器人同步加工进给率规划方法。

发明内容

为实现变壁厚结构件内外廓形的同步加工，本发明提供了一种变壁厚复杂曲面结构件内外廓形的双机器人同步加工进给率规划方法。

本发明所采用的技术方案是：首先，利用NURBS曲线描述内外两侧刀具路径，并对一侧刀路进行等参数离散；基于法向距离对应准则，搜索离散刀路点在对侧刀路上的对应点及其参数值，建立变壁厚复杂曲面件两侧刀路的同步参数点对；以同步参数点对为基础，利用参数同步构造双机器人的同步约束，进而以进给率平方为优化变量，以双机器人同步、插补误差及机器人关节驱动特性为约束条件，建立以加工效率为优化目标的进给率线性规划模型并给出求解方法，从而生成变壁厚复杂曲面件内外廓形的双机器人同步加工进给率曲线。采用的具体步骤为：

(1)建立双机器人同步加工策略。设r₁(u)和r₂(v)分别是曲面件内外廓形上用NURBS曲线表示的加工刀路，刀路r₁(u)上的离散刀路点为r₁(u_i)。基于法向距离对应准则，搜索刀路点r₁(u_i)在刀路r₂(v)上的对应点r₂(v_i)，其中r₁(u_i)和r₂(v_i)满足如下方程：