[发明专利]一种多主轴头加工的空行程无干涉轨迹规划方法

权利要求书

1.一种多主轴头加工的空行程无干涉轨迹规划方法，其特征在于它包括以下步骤：

S1：将机床结构类比机械手的串联开链结构，采用Modified D-H(Denavit-Hartenberg)法建立多主轴头机床的运动学模型；

S2：对工件进行方块化处理，对刀具进行点集化处理；

S3：设置空行程起始点和目的点，基于棱交点法生成规划刀具的刀位点轨迹，且将首末端点、棱交点处规划刀具与工件的相对位置参数作为刀位点路径的调节参数；

S4：在关节空间内采用5次样条曲线描述两旋转轴，生成刀位点轨迹的刀轴矢量，在关节空间内采用5次样条曲线描述末端轨迹沿任一坐标轴方向的分轨迹，各个平动轴的轨迹由刀位点末端轨迹和刀位点刀轴矢量确定；

S5：将描述方程中的未知量用与棱交点、始末端点有关的运动参数进行描述，将不能够确定的参数提取出来作为待定参数；

S6：将待定参数和始末端点、棱交点处的位置参数作为待优化参数；

S7：采用两级相交检测算法来检测干涉；

S8：由加权系数法建立关于空行程的多目标适应度函数，若发生干涉则适应度值为0；

S9：应用遗传算法迭代优化，直至适应度函数值达到预期值或者收敛。

2.根据权利要求1所述的多主轴头加工的空行程无干涉轨迹规划方法，其特征在于，步骤S1具体包括：建立多主轴头机床的运动学模型，找出关节轴i和i+1间的公垂线，以公垂线与关节轴i的交点作为连杆坐标系(i)的原点；规定z_i轴沿关节轴的指向，x_i轴沿公垂线的指向，按照右手定则确定y_i轴；相邻两坐标系的齐次变换矩阵可用式(1)表示：

^i-1T_i＝trotx(α_i)×trans(a_i,0,0)×trotz(θ_i)×trans(0,0,d_i) (1)

式中θ_i表示绕z_i轴的旋转角，d_i表示在z_i轴上两条相邻公垂线间的距离(关节偏移)，a表示关节轴i和i+1间的公垂线的长度(连杆长度)，α表示相邻z_i轴之间的角度(扭角)；式中trotx()、troty()、trotz()分别是绕基点坐标系x、y、z轴的旋转变换矩阵；trans()是平移变换矩阵；

以刀具锯片的刀位点作为D-H模型末端点，假设已知旋转轴的位移分别为θ_A、θ_C，以及末端点在基点坐标系中的坐标值是x、y、z，则相对于基点坐标系末端点齐次变换矩阵为T₂；

T₁＝trotx(θ_A)*troty(pi/2-θ_C)*trotz(-pi/2) (2)

T₂(1,1)＝T₁(3,3)；T₂(1,2)＝T₁(2,3)；T₂(1,3)＝T₁(1,3)；T₂(1,4)＝x； (3)

T₂(2,1)＝T₁(3,2)；T₂(2,2)＝T₁(2,2)；T₂(2,3)＝T₁(1,2)；T₂(2,4)＝y； (4)

T₂(3,1)＝T₁(3,1)；T₂(3,2)＝T₁(2,1)；T₂(3,3)＝T₁(1,1)；T₂(3,4)＝z； (5)

T₂(4,1)＝0；T₂(4,2)＝0；T₂(4,3)＝0；T₂(4,4)＝1； (6)

式中T₁为相对于基点D-H模型末端点的旋转变换矩阵，pi表示数学中的π。