机器人3D曲面激光切割路径规划技术及工艺的研究

摘要

随着激光技术的广泛应用与机器人智能制造技术的快速发展，三维激光切割技术已经越来越多的被应用于诸如汽车覆盖件与手机壳等材料的切边和切孔加工过程当中。同时由于目前制造过程中用户的个性化需求越来越强，小批量多样性的生产模式应运而生。传统的机器人示教编程方法过程中需要机器人停止工作，这样既降低了效率又提高了成本。在这种情况下，机器人离线编程有了更大的发展空间，其特点是允许用户在执行当前工作的同时也可以实时编制自己的应用程序，并且可以根据具体情况对激光照射路径和角度进行精确地控制。同时由于激光切割中的加工工件的三维形状具有空间复杂性，加工过程中机器人与工件很可能会产生干涉与奇异等现象。为了防止此类现象的发生，所以需要对激光切割的运动路径进行规划与控制。 本文以UG NX8.0作为开发平台，以VC++作为开发工具，针对本实验中所使用的6轴机械臂进行了仿真与模拟，同时对离线编程中切割路径的轨迹进行研究并且借助Matlab软件进行机械臂运动计算与模拟验证。本文主要研究内容如下： （1）首先对本课题的研究意义以及目前国内外的研究现状进行了说明。明确了研究方向后，根据实验中使用的机器人的实际尺寸建立了完整的机器人运动学模型，计算出了机器人的正逆运动学方程，为机器人运动规划提供了理论基础。 （2）使用Matlab计算软件中的Robotics Toolbox工具箱模块完整模拟出机器人的三维运动学仿真模型，并对上节所求的运动学方程的正确性进行了验证。而后根据实验中遇到的问题引出6轴机械臂的奇异性问题，推导出奇异性产生的原因同时优化了加工轨迹。 （3）通过后处理软件对工件进行加工路径点位数据信息的采集，而后导入到设计好的离线算法中，并将求得的6轴角度数据导入到UG二次开发模块中，在模拟环境下验证机器人运动路径的可行性，最后导入到机器人系统中进行实际实验。 （4）结合实际加工情况对现有的工件进行加工实验，发现实际加工中存在的诸多问题。同时在离线编程软件中进行改动，最终实现了激光切割加工过程中激光入射角度的精确控制，解决了工件干涉现象和机器人奇异现象等离线编程过程中较难解决的问题，提高了加工的精确度和效率。

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KEY WORDS：Laser cutting, Off-line programming, Rob