[发明专利]机器人磨抛加工整体叶盘的工件装夹位姿优化方法和系统

说明书

本发明公开了机器人磨抛加工整体叶盘的工件装夹位姿优化方法和系统，属于整体叶盘数控加工领域。包括：运动学逆解出整体叶盘不同刀具位姿下的机器人各关节运动角度；以机器人可达、无奇异点作为约束，以机器人加工时的累积最小关节运动角度为目标，求解机器人磨抛加工整体叶盘的工件装夹位姿。本发明通过运动学逆解获取整体叶盘不同装夹位姿下的机器人关节运动，并构建不可达和奇异性两个约束条件以及机器人累积最小关节运动角度这个目标函数，求解最优装夹位姿，由此解决了机器人磨抛整体叶盘时出现的不可达和奇异性等问题，同时减少了加工时间，提高了加工效率。所述方法简单，易于实施，适用性强，灵活性较好。

技术领域

本发明属于整体叶盘数控加工领域，更具体地，涉及机器人磨抛加工整体叶盘的工件装夹位姿优化方法和系统。

背景技术

整体叶盘作为新一代航空发动机核心零件，其表面质量优劣直接影响到发动机的使用寿命和使用效率。采用机器人进行整体叶盘的磨抛加工具有成本低、柔性好、智能化、效率高、操作空间大等优势。但由于机器人本身结构特性，其末端的不可达性和奇异性是机器人加工过程中需要解决的两个问题。

在加工轨迹确定的情况下，不同的整体叶盘装夹位姿会导致机器人运动的不同，从而出现不同装夹位姿的加工时间有所差异的情况，影响加工效率。错误的叶盘装夹位姿会导致机器人加工时出现不可达以及奇异形位，使机器人无法完成加工甚至损伤机器人。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了机器人磨抛加工整体叶盘的工件装夹位姿优化方法和系统，其目的在于确定整体叶盘的装夹位置和姿态，以解决机器人加工过程中出现的不可达、奇异点以及碰撞问题，同时缩短加工时间，减少加工能耗。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种机器人磨抛加工整体叶盘的工件装夹位姿优化方法，包括：

运动学逆解出整体叶盘不同刀具位姿下的机器人各关节运动角度；以机器人可达、无奇异点作为约束，以机器人加工时的累积最小关节运动角度为目标，求解机器人磨抛加工整体叶盘的工件装夹位姿。

优选地，所述刀具位姿矩阵如下：

其中，表示刀具坐标系相对于机器人基座标系的变换矩阵，表示刀具姿态矩阵，[p_x p_y p_z]^T表示刀具位置向量；

所述运动学逆解出整体叶盘不同刀具位姿下的机器人各关节运动角度：

其中，表示机器人关节轴n+1相对于关节轴n的变换矩阵，n＝0,1，…,5，表示刀具坐标系相对于机器人第6轴坐标系的变换矩阵，θ_n+1表示机器人关节轴n+1的关节角，a_n+1、d_n+1、α_n+1为机器人D-H参数，分别表示关节轴n的z轴到关节轴n+1的z轴的距离、关节轴n的x轴到关节轴n+1的x轴的距离、关节轴n的z轴和关节轴n+1的z轴的夹角，c表示cos，s表示sin。

优选地，通过以下方式判定机器人出现不可达：判断运动学逆解的解集是否为空集，若为空集，则机器人出现不可达，若不为空集，则机器人可达。

有益效果：本发明构造了机器人可达性约束函数，机器人逆解计算里的约束，保证超出机器人运动可达范围时解集就为空，有效剔除了不可进行加工的整体叶盘装夹位姿，解决了机器人磨抛加工时不可达问题对于加工过程的影响。

优选地，通过以下方式判定机器人出现奇异形位：判断是否存在至少一个机器人位于第i个刀位点时的雅克比矩阵J(q_i)的值det(J(q_i))为0，若是，则机器人出现奇异形位，否则，机器人不出现奇异形位。