基于分層神經(jīng)絡(luò)的微裝

1、doi:10.6043j.issn.04380479.201702016機器人銑削壓鑄件毛邊的方法與實驗研究機器人銑削壓鑄件毛邊的方法與實驗研究郭毅偉，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際模型空間等技術(shù)。采用機器人及其末端的標定工具，獲得機器人與工作臺、機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)換成機器人加工軌跡。最后，對生成的軌跡點進行轉(zhuǎn)換，形成工件繞刀具平動的虛擬加工軌跡。實驗結(jié)果表明，與理論加工軌跡相比，實際加工軌跡形成了2mm左右的系統(tǒng)誤差，該誤差由機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：機器人

3、加工；壓鑄件；毛邊；平動；虛擬軌跡中圖分類號中圖分類號：TP24文獻標志碼：文獻標志碼：A機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]。將機器人用于產(chǎn)品加工中，需要解決加工軌跡自動生成、虛擬模型空間與實際模型空間一致性建立等技術(shù)。傳統(tǒng)的示教方法產(chǎn)生的軌跡無法滿足加工精度要求，并且示教方法效率低，無法在短時間內(nèi)產(chǎn)生大量的加工軌跡點。當前，機器人系統(tǒng)沒有專用的CAM軟

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

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

6、在機器人作業(yè)時，TCP依次與軌跡點重合，驅(qū)動機器人的末端工具沿軌跡點運動。當工具固定在機器人末端，而待加工工件固定在機器人工作空間中時，形成工具在手系統(tǒng)。當待加工工件固定在機器人末端，而工具固定在機器人工作空間中時，形成工件在手系統(tǒng)。對于工件在手系統(tǒng)，需要轉(zhuǎn)換原有工件上的軌跡點，形成機器人工作空間中的虛擬軌跡點，從而將工件在手系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成工具在手系統(tǒng)，當機器人末端的TCP沿虛擬軌跡運動時，工件上的原有軌跡點能夠沿機器人工作空間中的一個固定

7、點運動。本文首先建立虛擬模型空間與實際模型空間的一致性理論模型，其次，在機器人工作空間中的刀架上設(shè)置一個固定點，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基金項目：基金項目：福建省重大專項（2016HZ00016）通信作者通信作者：wmxi@xmu.3式中：ROT(X?)、ROT(Y?)、ROT(Z?)是繞刀架坐標系∑XTYTZT的XT、YT、ZT軸旋轉(zhuǎn)?、?、?角度形成的4?4齊次坐標

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

9、?)、ROT(z?)是刀架坐標系∑xTyTzT的xT、yT、zT軸旋轉(zhuǎn)?、?、?角度形成的4?4齊次坐標矩陣，Tran(xpx)、Tran(ypy)、Tran(zpz)是刀架坐標系∑xTyTzT的xT、yT、zT軸平移px、py、pz距離形成的4?4齊次坐標矩陣。?、?、?和px、py、pz可以通過標定塊測量得到，是已知量，則利用公式（4）對虛擬模型空間的刀架模型進行調(diào)整，使其與實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

10、JT1進行標定，從而對虛擬模型空間中的工作臺模型進行調(diào)整，使其與實際模型空間中的工作臺位置、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，其機器人加工軌跡點A（xa，ya）處于該輪廓上，坐標系為∑xy。刀具的半徑為R，其圓心是O，坐標系為∑XY。選擇機器人的TCP坐標系∑XTCPYTCP與刀具坐標系重合。如果軌跡點A與O重合，則機器人的TCP坐標系將移動到∑XTCPYTCP處，O為虛擬軌跡

11、的一個軌跡點，其對應(yīng)的原有工件軌跡點為A。從圖中可以看出，O點是A點相對∑XY坐標系的鏡像點。以此類推，工件外輪廓上原軌跡點都有一個相應(yīng)的鏡像點。所以依據(jù)工件上的原有軌跡點就能產(chǎn)生虛擬軌跡點，其方法是做原有軌跡點相對刀具坐標系的鏡像點，當機器人的TCP依次與虛擬軌跡點重合時，工件原有軌跡點與刀具的中心點O接觸。首先，機器人的軌跡點由ArtCAM軟件（英國，Delcam公司）生成刀具軌跡點的位置，然后利用相鄰三個軌跡點構(gòu)成平面并求其法矢量

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