基于细化算法的机器人磨削轨迹规划技术

成果名称

基于细化算法的机器人磨削轨迹规划技术

成果联系人

马凯威

职称

讲师

所在单位

自动化学院、人工智能学院

联系电话

15295761990

Email

makaiwei@live.com

技术成熟度

应用方案

技术分类

信息应用

核心专利号

无

所属学科方向

一级学科

机械工程

二级学科

无

应用行业

航空航天、汽车制造、电气电子、卫浴五金和医疗手术等

项目概况：

目前，国内外具有复杂自由曲面的零件（如曲轴连杆、气门、高档水龙头等）的磨削都是采用手控机械砂带磨削的方法，即砂带磨削机和手持工件组合的方式。这种磨削方式不仅对操作者熟练程度有较高的要求，而且存在废品率高，劳动强度大，自动化水平低，产品差异性大，严重威胁员工的身体健康。而工业机器人砂带磨削系统通过配置工业机器人、砂带磨削机和系统控制柜等设备，除可以完全取代工人手工磨削，实现快速编程，连续工作，精确磨削等功能，还可以用于具有自由曲面复杂形状工件的自动化磨削作业。该系统提高了加工工件的合格率和加工效率，保证了产品质量的高度一致性。

研究资料表明，砂带磨削的本质问题就是工业机器人在自由曲面上的轨迹规划问题，即机器人的位姿控制和磨削轨迹的快速生成。由于工业机器人特有的构造方式，可靠的工作性能和强大的软件支持，使其完全具有解决工业机器人砂带磨削轨迹规划关键问题的能力。实际磨削加工生产也证明，在具有复杂自由曲面零件的磨削加工中，工业机器磨削相对人工磨削显得更加灵活、快捷、高效和准确。

关键技术：

这种轨迹规划方法可以在零件三维模型上选取关键接触点，通过B样条曲线反算获得理论磨削估计。然后，利用相邻两点之间的曲率变化率和弧长准则，对关键接触点进行进一步细化，在工件表面曲率突变或者曲面相交的敏感区域生成目标点。最后，根据构造的双三次B样条曲线曲面方程的解，得到每个目标点位置的磨削方向。

为了验证方法的效果，以普通锻铸铜水龙头为对象，进行机器人砂带磨削试验，生成加工轨迹如图1所示，加工效果如图2所示，磨削后对应的轮廓形貌如图3所示。根据检测结果分析，该轨迹规划方法能将复杂自由曲面零件磨削后的表面粗糙度控制在0.086μm左右。

应用领域和市场前景：

与传统机器人轨迹规划相比，该方法具有编程效率高，产品一致性好，复杂曲面零件适应性强等特点，可为航空航天、汽车制造、电气电子、卫浴五金和医疗手术等领域的磨削提供技术支持。

合作方式（技术转让，技术开发，技术服务，技术咨询，技术入股）：

*技术转让

*技术开发

*技术咨询

*技术服务

*技术入股

图片：（1-5张，文件大小不低于1MB，图片清晰，并标注图片说明）

图1 基于细化算法机器人砂带磨削轨迹规划效果

图2 水龙头磨削前后效果对比图

图3 水龙头在泰勒霍普森轮廓仪下的表面形貌