[发明专利]双机器人镜像铣削等壁厚加工的协调运动同步控制方法

说明书

本发明公开了双机器人镜像铣削等壁厚加工协调运动同步控制方法，包括以下步骤：根据铣削加工过程中支撑头和刀具的位姿要求，建立各个坐标系及其变换关系；求解支撑端机器人各主动关节参数；求解刀具端机器人各主动关节参数；等壁厚闭环控制；采用本发明方法为镜像铣削加工系统加工机器人和支撑机器人的末端执行器协同控制提供了一种有效的策略，提高了支撑头和刀具协同控制精度，为抑制振动、提高壁厚精度和表面质量提供了保障。

技术领域

本发明涉及用于大型薄壁曲面加工过程中双机器人镜像铣削支撑头和刀具的协调同步控制以及薄壁曲面构件的等壁厚控制方法,尤其涉及一种双机器人镜像铣削等壁厚加工的协同运动控制方法。

背景技术

大型轻质铝合金薄壁曲面构件在航空航天领域有着非常广泛的应用，由于薄壁曲面自身的弱刚性，无法利用常规的机加工工艺进行加工。传统的化学铣工艺繁琐、且污染严重。镜像铣削正在逐渐取代化学铣用于薄壁曲面的加工。镜像铣削加工过程中刀具和支撑头分别在薄壁曲面的两侧，随动支撑头用来提高薄壁曲面构件的刚度。加工过程中随动支撑头和刀具垂直于薄壁曲面并沿其表面做协作运动，该协作运动的同步性能决定了加工过程中支撑头对薄壁件的支撑效果和支撑刚度。因此，双机器人镜像铣削系统中支撑头和刀具在镜像铣削加工要求下的协同位姿控制是镜像铣削加工系统需要解决重大问题之一，是提高薄壁件加工质量的关键。

专利CN104289748A公开了一种通过五轴数控机床和专用夹具对大型薄壁件进行加工的方式。专用夹具只适用于特定表面形状薄壁件的加工，适应性差且专用夹具本身制作成本高；五轴数控机床设备尺寸庞大且运动不够灵活。

目前针对双机器人镜像铣削加工中的双机协同位姿控制策略还未见报道。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种可有效保证双机器人铣削加工过程中支撑头和刀具的位姿同步协作以及等壁厚加工的双机器人协同控制方法。

本发明是通过以下技术方案实现：

双机器人镜像铣削等壁厚加工协调运动同步控制方法，包括以下步骤：

(1)根据铣削加工过程中支撑头和刀具的位姿要求，建立以下各个坐标系及其变换关系：

支撑端机器人基坐标系B₁-xyz，其建立在支撑端机器人固定基座上；

刀具端机器人基坐标系B₂-xyz，其建立在刀具端机器人固定基座上；

支撑端机器人末端工具坐标系C₁-xyz，其坐标原点和支撑端机器人零位下支撑头末端中心重合；

刀具端机器人末端工具坐标系C₂-xyz，其坐标原点和刀具端机器人零位下刀具末端中心重合；

支撑头末端随动坐标系S-xyz，建立在支撑头上，其坐标原点和支撑头末端中心重合，随支撑头位姿改变而改变，在支撑端机器人零位时和支撑端机器人末端工具坐标系C₁-xyz完全重合，支撑头方向向量和支撑头随动坐标系S-xyz的-Z轴重合；

刀具末端随动坐标系T-xyz，建立在刀具上，其坐标原点与刀具末端中心重合，随加工过程刀具位姿改变而改变，在刀具端机器人零位时和刀具端机器人末端工具坐标系C₂-xyz完全重合，刀具方向向量和刀具末端随动坐标系T-xyz的-Z轴重合；

刀具虚拟坐标系V-xyz，其坐标原点位于理想壁厚下刀具末端中心，Z轴负方向表示理想壁厚下虚拟刀具方向；

工件坐标系O-xyz，其坐标原点位于待加工薄壁工件的支撑表面，X轴和Y轴分别与支撑端机器人基坐标系B₁-xyz的X、Y轴互相平行，Z轴互相重合；