[发明专利]一种考虑奇异点与碰撞避免的高阶光滑机器人曲面加工过程优化方法

权利要求书

1.一种考虑奇异点与碰撞避免的高阶光滑机器人曲面加工过程优化方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)根据被加工零件曲面特征以及加工要求，生成零件的刀触点轨迹以及刀轴矢量的约束范围，最终生成刀具位置轨迹；

(2)沿刀具位置轨迹，对刀具姿态微分向量进行优化，并根据给定的刀具姿态初值，通过不断积分得到整体的刀具姿态轨迹；

(3)在采用刀具姿态向量逐步积分的过程中，对刀具姿态微分向量的变化率进行限制，保证规划出轨迹的高阶光顺性；

(4)在刀具姿态微分向量优化的过程中，优化目标考虑：刀轴矢量约束要求、奇异点避免约束要求以及碰撞约束要求，并构建刀具姿态微分向量的组合优化目标，协调各个约束要求；

(5)对刀具姿态微分向量的边界进行光顺预处理；

步骤(2)具体为：

在刀具位置轨迹P(u)初始点处P(u₀)，根据得到的刀具姿态约束范围，选择初始刀具姿态向量O(u₀)；

对刀具姿态沿刀具位置轨迹P(u)的导数进行优化，并根据得到的优化刀具姿态微分向量沿刀具位置轨迹P(u)进行数值积分，得到下一点刀具姿态向量O(u₁)；

重复上述过程直至刀具位置轨迹P(u)终点，得到沿刀具位置曲线的刀具姿态轨迹O(u)，从而得到整体的刀具姿态轨迹T(u)＝[P(u)，O(u)]；

步骤(3)具体为：

刀具姿态沿刀具位置轨迹P(u)的导数作为优化变量，需要限定其变化范围；即：与

分别表示δx/du的下、上界；

分别表示δy/du的下、上界；

分别表示δz/du的下、上界；

满足下式：

即在第i步的优化过程中，优化变量的变量范围，分别为

对刀具姿态微分向量的变化量，进行进一步约束，即限定的变化范围；即

与为优化变量变化率O″(u)的下、上界；即在第i步的优化过程中，优化变量的差分应满足

当第i+1步优化变量变化率O″(u_i+1)大于给定的约束范围时，第i+1步优化变量O′(u_i+1)需要重新计算。

2.根据权利要求1所述的一种考虑奇异点与碰撞避免的高阶光滑机器人曲面加工过程优化方法，步骤(5)具体为：

根据曲线曲率特征对刀具刀轴矢量边界进行预调整：

刀具角度边界约束和需要进行预先调整，为刀具曲线变化引起的刀轴矢量角度突变，提供裕度；首先定义曲线角度变化评价指标s_i是从u₀到u_i点的刀尖点轨迹弧长，s_i-1是从u₀到u_i-1点的刀尖点轨迹弧长；当评价指标大于给定的约束上限时|δ/ds|，相应的边界需要进行预处理，从而预调整刀轴矢量，使得刀轴矢量不超出边界要求。

3.根据权利要求2所述的一种考虑奇异点与碰撞避免的高阶光滑机器人曲面加工过程优化方法，刀具边界预调整方法如下：

①令

②从刀尖点轨迹的起点u₀开始；

③计算刀尖点轨迹u_i曲线角度变化评价指标

④如果

在u_i点处相应的约束下界或更改为

或

否则

如果

在u_i点处相应的约束上界或更改为

或

否则

结束

⑤判断in

i＝i+1；

返回步骤③；

否则

结束。