基于分層神經(jīng)絡(luò)的微裝

1、doi:10.6043j.issn.04380479.201702016機(jī)器人銑削壓鑄件毛邊的方法與實(shí)驗(yàn)研究機(jī)器人銑削壓鑄件毛邊的方法與實(shí)驗(yàn)研究郭毅偉，徐開懷，管曉東，龐浜，席文明（廈門大學(xué)航空航天學(xué)院，福建廈門361005）摘要摘要：將機(jī)器人用于壓鑄件產(chǎn)品加工中，需要解決加工軌跡由軟件生成建立具有一致性的虛擬模型空間與實(shí)際模型空間等技術(shù)。采用機(jī)器人及其末端的標(biāo)定工具，獲得機(jī)器人與工作臺(tái)、機(jī)器人與刀架之間的變換矩陣，從而建立虛擬模型空間

2、和實(shí)際模型空間的一致性。然后，利用CAM軟件生成加工工件的刀具軌跡，通過后處理方法將刀具軌跡轉(zhuǎn)換成機(jī)器人加工軌跡。最后，對(duì)生成的軌跡點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，形成工件繞刀具平動(dòng)的虛擬加工軌跡。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與理論加工軌跡相比，實(shí)際加工軌跡形成了2mm左右的系統(tǒng)誤差，該誤差由機(jī)器人零位誤差和本體幾何誤差產(chǎn)生，通過縮放工件模型來(lái)產(chǎn)生軌跡，可以有效消除系統(tǒng)誤差。消除系統(tǒng)誤差后的加工精度可以達(dá)到0.1mm，滿足壓鑄件去除毛邊的加工要求。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：機(jī)器人

3、加工；壓鑄件；毛邊；平動(dòng)；虛擬軌跡中圖分類號(hào)中圖分類號(hào)：TP24文獻(xiàn)標(biāo)志碼：文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A機(jī)器人加工是新的成型技術(shù)，廣泛應(yīng)用于壓鑄件毛邊去除、焊縫后處理、產(chǎn)品雕刻與非金屬模具加工、制孔和復(fù)雜曲面磨削中[16]。將機(jī)器人用于產(chǎn)品加工中，需要解決加工軌跡自動(dòng)生成、虛擬模型空間與實(shí)際模型空間一致性建立等技術(shù)。傳統(tǒng)的示教方法產(chǎn)生的軌跡無(wú)法滿足加工精度要求，并且示教方法效率低，無(wú)法在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量的加工軌跡點(diǎn)。當(dāng)前，機(jī)器人系統(tǒng)沒有專用的CAM軟

4、件，已有的機(jī)器人離線編程軟件可以進(jìn)行軌跡運(yùn)動(dòng)仿真，但無(wú)法自動(dòng)產(chǎn)生機(jī)器人的加工軌跡點(diǎn)。一個(gè)解決方法是利用待加工工件的3D模型表面上的面片端點(diǎn)構(gòu)成加工軌跡點(diǎn)的位置，3D模型面片的法矢量構(gòu)成軌跡點(diǎn)的姿態(tài)[79]。機(jī)器人的加工軌跡由軟件產(chǎn)生，當(dāng)虛擬模型空間與實(shí)際模型空間不一致，將導(dǎo)致虛擬模型空間中的軌跡點(diǎn)向?qū)嶋H模型空間映射的誤差，該誤差將疊加到加工軌跡點(diǎn)上，導(dǎo)致低的加工精度[1012]。建立虛擬模型空間與實(shí)際模型空間一致性的方法是將標(biāo)定塊安裝在

5、機(jī)器人的末端，利用機(jī)器人的測(cè)量功能，計(jì)算機(jī)器人與工作臺(tái)、機(jī)器人與刀架之間的變換矩陣，然后利用計(jì)算的變換矩陣調(diào)整虛擬模型空間中的工作臺(tái)模型、刀架模型的位置與姿態(tài)，從而使得實(shí)際機(jī)器人到工作臺(tái)的變換矩陣與機(jī)器人模型到工作臺(tái)模型的變換矩陣相同，實(shí)際機(jī)器人到刀架的轉(zhuǎn)換矩陣與機(jī)器人模型到刀架模型的變換矩陣相同。在機(jī)器人應(yīng)用中，TCP（ToolCenterPoint）常用一個(gè)坐標(biāo)系表示，可理解為機(jī)器人的工具標(biāo)系原點(diǎn)。它固定在機(jī)器人末端工具的中心點(diǎn)處，

6、在機(jī)器人作業(yè)時(shí)，TCP依次與軌跡點(diǎn)重合，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的末端工具沿軌跡點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)工具固定在機(jī)器人末端，而待加工工件固定在機(jī)器人工作空間中時(shí)，形成工具在手系統(tǒng)。當(dāng)待加工工件固定在機(jī)器人末端，而工具固定在機(jī)器人工作空間中時(shí)，形成工件在手系統(tǒng)。對(duì)于工件在手系統(tǒng)，需要轉(zhuǎn)換原有工件上的軌跡點(diǎn)，形成機(jī)器人工作空間中的虛擬軌跡點(diǎn)，從而將工件在手系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成工具在手系統(tǒng)，當(dāng)機(jī)器人末端的TCP沿虛擬軌跡運(yùn)動(dòng)時(shí)，工件上的原有軌跡點(diǎn)能夠沿機(jī)器人工作空間中的一個(gè)固定

7、點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。本文首先建立虛擬模型空間與實(shí)際模型空間的一致性理論模型，其次，在機(jī)器人工作空間中的刀架上設(shè)置一個(gè)固定點(diǎn)，在設(shè)置TCP的初始位收稿日期：收稿日期：20170211錄用日期：錄用日期：20170519基金項(xiàng)目：基金項(xiàng)目：福建省重大專項(xiàng)（2016HZ00016）通信作者通信作者：wmxi@xmu.3式中：ROT(X?)、ROT(Y?)、ROT(Z?)是繞刀架坐標(biāo)系∑XTYTZT的XT、YT、ZT軸旋轉(zhuǎn)?、?、?角度形成的4?4齊次坐標(biāo)

8、矩陣，Tran(Xpx)、Tran(Ypy)、Tran(Zpz)是沿刀架坐標(biāo)系∑XTYTZT的XT、YT、ZT軸平移px、py、pz距離形成的4?4齊次坐標(biāo)矩陣。欲使虛擬模型空間與實(shí)際模型空間中的刀架姿態(tài)和位置一致，需要對(duì)刀架的初始坐標(biāo)系∑xTyTzT進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和平移。將式（3）代入式（1）得（4）)()()()()()(02zyxTTpZTranpYTranpXTranXROTYROTZROTJJ????式中：ROT(x?)、ROT(y

9、?)、ROT(z?)是刀架坐標(biāo)系∑xTyTzT的xT、yT、zT軸旋轉(zhuǎn)?、?、?角度形成的4?4齊次坐標(biāo)矩陣，Tran(xpx)、Tran(ypy)、Tran(zpz)是刀架坐標(biāo)系∑xTyTzT的xT、yT、zT軸平移px、py、pz距離形成的4?4齊次坐標(biāo)矩陣。?、?、?和px、py、pz可以通過標(biāo)定塊測(cè)量得到，是已知量，則利用公式（4）對(duì)虛擬模型空間的刀架模型進(jìn)行調(diào)整，使其與實(shí)際模型空間中的刀架的位置、姿態(tài)一致。利用同樣的方法可以對(duì)

10、JT1進(jìn)行標(biāo)定，從而對(duì)虛擬模型空間中的工作臺(tái)模型進(jìn)行調(diào)整，使其與實(shí)際模型空間中的工作臺(tái)位置、姿態(tài)一致。1.21.2虛擬軌跡生成方法虛擬軌跡生成方法假設(shè)，圖2中的曲線是需要加工的工件輪廓，其機(jī)器人加工軌跡點(diǎn)A（xa，ya）處于該輪廓上，坐標(biāo)系為∑xy。刀具的半徑為R，其圓心是O，坐標(biāo)系為∑XY。選擇機(jī)器人的TCP坐標(biāo)系∑XTCPYTCP與刀具坐標(biāo)系重合。如果軌跡點(diǎn)A與O重合，則機(jī)器人的TCP坐標(biāo)系將移動(dòng)到∑XTCPYTCP處，O為虛擬軌跡

11、的一個(gè)軌跡點(diǎn)，其對(duì)應(yīng)的原有工件軌跡點(diǎn)為A。從圖中可以看出，O點(diǎn)是A點(diǎn)相對(duì)∑XY坐標(biāo)系的鏡像點(diǎn)。以此類推，工件外輪廓上原軌跡點(diǎn)都有一個(gè)相應(yīng)的鏡像點(diǎn)。所以依據(jù)工件上的原有軌跡點(diǎn)就能產(chǎn)生虛擬軌跡點(diǎn)，其方法是做原有軌跡點(diǎn)相對(duì)刀具坐標(biāo)系的鏡像點(diǎn)，當(dāng)機(jī)器人的TCP依次與虛擬軌跡點(diǎn)重合時(shí)，工件原有軌跡點(diǎn)與刀具的中心點(diǎn)O接觸。首先，機(jī)器人的軌跡點(diǎn)由ArtCAM軟件（英國(guó)，Delcam公司）生成刀具軌跡點(diǎn)的位置，然后利用相鄰三個(gè)軌跡點(diǎn)構(gòu)成平面并求其法矢量

12、，從而生成機(jī)器人軌跡點(diǎn)的姿態(tài)，組合刀具軌跡點(diǎn)的位置和姿態(tài)，并進(jìn)行后置處理，將具有位置和姿態(tài)的刀具軌跡轉(zhuǎn)換成機(jī)器人的加工軌跡。ArtCAM生成的刀具軌跡是相對(duì)于工件坐標(biāo)系的，為了解決問題的方便，將機(jī)器人的TCP以及刀具坐標(biāo)系直接設(shè)置在工件坐標(biāo)系上，見圖2中的∑XPARTYPART，然后直接對(duì)原有工件上軌跡點(diǎn)的x、y坐標(biāo)取反，就可以生成虛擬軌跡點(diǎn)。在圖2中，當(dāng)機(jī)器人作業(yè)時(shí)，工件上的原有輪廓是與刀具中心的O點(diǎn)接觸，為了讓工件的原有輪廓與刀具的