留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

4+2自由度叶片抛磨专用机器人轨迹规划方法研究

任利娟 陈恪 闫伟健 李堃 杨志坚 张广鹏

任利娟, 陈恪, 闫伟健, 李堃, 杨志坚, 张广鹏. 4+2自由度叶片抛磨专用机器人轨迹规划方法研究[J]. 制造技术与机床, 2024, (3): 16-21. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.03.002
引用本文: 任利娟, 陈恪, 闫伟健, 李堃, 杨志坚, 张广鹏. 4+2自由度叶片抛磨专用机器人轨迹规划方法研究[J]. 制造技术与机床, 2024, (3): 16-21. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.03.002
REN Lijuan, CHEN Ke, YAN Weijian, LI Kun, YANG Zhijian, ZHANG Guangpeng. Research on trajectory planning method of 4+2 degree-of-freedom robot dedicated to blade grinding[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2024, (3): 16-21. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.03.002
Citation: REN Lijuan, CHEN Ke, YAN Weijian, LI Kun, YANG Zhijian, ZHANG Guangpeng. Research on trajectory planning method of 4+2 degree-of-freedom robot dedicated to blade grinding[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2024, (3): 16-21. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.03.002

4+2自由度叶片抛磨专用机器人轨迹规划方法研究

doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.03.002
基金项目: 国家自然科学基金“视听信息融合的砂带抛磨材料去除率非接触感知测量新方法”(52275511);陕西省自然科学基础研究计划“数据驱动的复杂曲面砂带精密磨削型面精度智能控制方法研究”(2023-JC-QN-0428)
详细信息
    作者简介:

    任利娟,女,1989年生,博士,讲师,从事复杂曲面机器人柔性磨削加工方法相关研究。E-mail:rljuan@xaut.edu.cn

    通讯作者:

    张广鹏,男,1965年生,教授,从事数控机床与加工技术、机器人设计与控制技术、智能检测相关研究。E-mail:gpzhang@xaut.edu.cn

  • 中图分类号: TH16

Research on trajectory planning method of 4+2 degree-of-freedom robot dedicated to blade grinding

  • 摘要: 砂带抛磨作为复杂曲面叶片精密加工的最后一道工序,其加工质量直接影响叶片的服役性能和寿命。传统6自由度机器人多关节串联具有明显的弱刚性,在末端夹持大型叶片时抗变形能力欠佳。为此,文章自主设计研发了4+2自由度叶片抛磨专用机器人系统,并开展复杂曲面叶片抛磨轨迹规划方法研究。首先基于D-H法建立该机器人运动学模型,进行机器人运动学的正、逆解的求解;其次给出了综合考虑抛磨工具与工件曲率的干涉、刀路轨迹行距和轨迹点密度对残留高度的影响规律的轨迹规划方法,建立了2个单元的协同运动模型保证叶片的加工实现;最后通过叶片抛磨轨迹数控程序验证了所获得的抛磨轨迹的正确性。

     

  • 图  1  4+2自由度专用叶片抛磨机器人系统

    图  2  4自由度叶片夹持单元

    图  3  2自由度砂带抛磨单元

    图  4  叶片抛磨机器人运动学模型

    图  5  关节角度变换

    图  6  截面法

    图  7  轨迹点密度与插补误差的关系

    图  8  刀轴矢量在空间中的变换

    图  9  协同运动局部俯视图

    图  10  协同运动局部侧视图

    图  11  动力学仿真流程

    图  12  机器人运动过程

    表  1  式(2)中各符号表达式

    x y z
    n $ {n_x} = {{\rm{c}}_{1,2,3}}{{\rm{c}}_{\theta_ p}}{{\rm{c}}_{\psi_ p}} - {{\rm{s}}_{1,2,3}}{{\rm{s}}_{\psi_ p}} $ $ {n_y} = {{\rm{c}}_{\psi_ p}}{{\rm{c}}_{\theta_ p}}{{\rm{s}}_{2,3,4}} + {{\rm{c}}_{2,3,4}}{{\rm{s}}_{\psi_ p}} $ ${n_z} = - {{\rm{c}}_{\psi_ p}}{{\rm{s}}_{\theta_ p}}$
    O $ {o}_{x}=-{\rm{c}}_{\psi_ p}{\rm{s}}_{2,3,4}-{\text{c}}_{2,3,4}{\rm{c}}_{\theta_ p}{\rm{s}}_{\psi_ p} $ ${o_y} = {{\rm{c}}_{2,3,4}}{{\rm{c}}_{\psi_ p}} - {{\rm{c}}_{\theta_ p}}{{\rm{s}}_{2,3,4}}{{\rm{s}}_{\psi_ p}}$ ${o_{\textit{z}}} = {{\rm{s}}_{\psi_ p}}{{\rm{s}}_{\theta_ p}}$
    a ${a_x} = {{\mathrm{c}}_{2,3,4}}{{\mathrm{s}}_{\theta_ p}}$ ${a_y} = {{\rm{s}}_{2,3,4}}{{\rm{s}}_{\theta_ p}}$ ${a_{\textit{z}}} = {{\rm{c}}_{\theta_ p}}$
    u ${u_x} = {a_1} + {a_2}{{\rm{c}}_2} + {a_3}{{\rm{c}}_{2,3}} + {p_x}{{\rm{c}}_{2,3,4}} - {p_y}{{\rm{s}}_{2,3,4}}$ ${u_y} = {p_y}{{\rm{c}}_{2,3,4}} + {a_2}{{\rm{s}}_2} + {a_3}{{\rm{s}}_{2,3}} + {p_x}{{\rm{s}}_{2,3,4}}$ ${u_{\textit{z}}} = {d_1} + {p_{\textit{z}}}$
    下载: 导出CSV
  • [1] 黄云,肖贵坚,邹莱. 航空发动机叶片机器人精密砂带抛磨研究现状及发展趋势[J]. 航空学报,2019,40(3):53-72.
    [2] Wang W,Yun C. A path planning method for robotic belt surface grinding[J]. Chinese Journal of Aeronautics,2011,24(4):520-526. doi: 10.1016/S1000-9361(11)60060-5
    [3] Zhu D H,Feng X Z,Xu X H,et al. Robotic grinding of complex components:A step towards efficient and intelligent machining-challenges,solutions,and applications[J]. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing,2020,65:101908. doi: 10.1016/j.rcim.2019.101908
    [4] 黄智,黄云,张明德,等. 自由曲面六轴联动砂带抛磨机床试验[J]. 重庆大学学报,2008(6):598-602. doi: 10.11835/j.issn.1000-582X.2008.06.002
    [5] Wang G,Li W L,Jiang C,et al. Trajectory planning and optimization for robotic machining based on measured point cloud[J]. IEEE Transactions on Robotics,2022,38(3):1621-1637. doi: 10.1109/TRO.2021.3108506
    [6] Yang F,Cai Z H,Chen Y P,et al. A robotic polishing trajectory planning method combining reverse engineering and finite element mesh technology for aero-engine turbine blade TBCs[J]. Journal of Thermal Spray Technology,2022,31(7):2050-2067. doi: 10.1007/s11666-022-01434-9
    [7] 戚明轩,刘震磊,兆尔波,等. 某型航空发动机叶片逆向工程方法研究[J]. 航空精密制造技术,2021,57(1):13-16.
    [8] 于之靖,宋四同,王涛,等. 基于逆向工程的航空发动机叶片数字化建模[J]. 机床与液压,2011,39(17):122-125. doi: 10.3969/j.issn.1001-3881.2011.17.038
    [9] 屈展,刘佳,杨胜强,等. 一种面向叶片的机器人抛磨轨迹规划方法[J]. 机械设计与制造,2022(6):259-264. doi: 10.3969/j.issn.1001-3997.2022.06.056
    [10] Liang X F,Cai Z H,Zeng C N,et al. A robotic polishing trajectory planning method for TBCs of aero-engine turbine blade using measured point cloud[J]. Industrial Robot:The International Journal of Robotics Research and Application,Emerald Publishing Limited,2022,50(2):275-286.
    [11] 张海洋,杨文玉,张家军,等. 叶片机器人砂带磨抛的轨迹规划研究[J]. 机电工程,2014,31(5):578-581,586.
    [12] 王逸潇,俞桂英,丁烨,等. 轮毂曲面机器人力控磨抛路径规划方法[J]. 机械与电子,2021,39(4):70-75. doi: 10.3969/j.issn.1001-2257.2021.04.014
    [13] 任利娟,张广鹏,王妮娜,等. 一种专用叶片砂带抛磨机器人:ZL202111162401.3[P]. 2022-12-09.
  • 加载中
图(12) / 表(1)
计量
  • 文章访问数:  84
  • HTML全文浏览量:  15
  • PDF下载量:  27
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 录用日期:  2024-01-11
  • 修回日期:  2023-11-09

目录

    /

    返回文章
    返回

    重要提示

    1. 唯一官方网站:1951.mtmt.com.cn

    2. 本刊编辑部、工作人员邮箱后缀为@jcs.gt.cn

    3. 电话

    010-64739683/79(稿件、进度)

    010-64739685(缴费、录用证明)

    4. 作者服务QQ群:238874846

    注意以上信息,谨防冒名、被骗!

    《制造技术与机床》编辑部