大口徑光學(xué)研拋機(jī)器人局部研拋軌跡規(guī)劃.pdf

1、歷史悠久的光學(xué)制造技術(shù)隨著光通信、微電子、天文、航空航天等技術(shù)的發(fā)展有了巨大的進(jìn)步。日益成熟的計(jì)算機(jī)控制光學(xué)表面成形（CCOS）技術(shù)理論，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于大口徑光學(xué)元件加工。但對(duì)于高精度大口徑非球面工件而言，由于加工材料的脆性和光學(xué)本身對(duì)精度的嚴(yán)格要求，其距離滿足需求還有很大的差距。與此同時(shí)，工業(yè)機(jī)器人的重要技術(shù)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展得到不斷突破創(chuàng)新。它可以提高生產(chǎn)效率，減少對(duì)操作人員的要求，非常適合大規(guī)模、批量化生產(chǎn)時(shí)使用。
　　大口徑

2、光學(xué)研拋機(jī)器人是實(shí)現(xiàn)大口徑光學(xué)非球面研拋?zhàn)詣?dòng)化的一種有效手段，可以高質(zhì)量、低成本的完成加工。在拋光后期局部研拋階段，高點(diǎn)區(qū)域邊界是不規(guī)整、非線性的，局部研拋軌跡是研拋磨頭遍歷該區(qū)域內(nèi)所有高點(diǎn)的軌跡。因此，在工藝要求的基礎(chǔ)上，如何規(guī)劃出一條機(jī)器人末端運(yùn)動(dòng)路程較短、關(guān)節(jié)角度變化平滑的局部研拋軌跡是本文解決的主要問(wèn)題。本文課題來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所“863”項(xiàng)目“大口徑光學(xué)智能研拋機(jī)器人”。研究工作內(nèi)容如下：
　?、俳榻B光學(xué)制造

3、技術(shù)中的研拋工藝，為研拋機(jī)器人提供加工背景。根據(jù)Preston理論，對(duì)研拋機(jī)器人 CCOS行星式磨頭數(shù)學(xué)建模，得到去除函數(shù)模型并分析其主要影響參數(shù)。利用卷積迭代法和傅里葉變換算法分別求解駐留時(shí)間函數(shù)，通過(guò)對(duì)比殘余誤差比較算法優(yōu)劣。
　?、谘芯垦袙仚C(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)的相關(guān)理論，確定機(jī)器人末端位姿與各軸關(guān)節(jié)角之間的關(guān)系。在分析大口徑光學(xué)研拋機(jī)器人機(jī)械臂結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，建立連桿坐標(biāo)系并獲得D-H參數(shù)。已知研拋機(jī)器人各軸關(guān)節(jié)角度可以通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程

4、求解對(duì)應(yīng)的機(jī)器人末端位置姿態(tài)，反之則通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)反解求得。
　?、垩袙仚C(jī)器人局部軌跡規(guī)劃。首先根據(jù)面形誤差劃分等高面等級(jí)，確定高點(diǎn)區(qū)域。然后根據(jù)去除函數(shù)磨削范圍作為柵格間距，以此確定機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡點(diǎn)，并將軌跡規(guī)劃轉(zhuǎn)化為旅行商問(wèn)題。最后采用蟻群算法規(guī)劃?rùn)C(jī)器人在笛卡爾空間的運(yùn)動(dòng)軌跡，同時(shí)通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)反解得到各軸的關(guān)節(jié)角度。在此基礎(chǔ)上，再利用三次多項(xiàng)式插值算法平滑機(jī)器人的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。實(shí)現(xiàn)機(jī)器人末端運(yùn)動(dòng)路程較短、關(guān)節(jié)角變化平滑的要求。