面向中大型铸造件的主从机器人系统及其遥操作加工方法

摘要

中大型铸造件合模线、浇冒口等残留特征具有尺寸随机、形貌随机、分布随机的特点，其安全高效高质量去除存在巨大挑战。对于此，提出以兼备高刚度和高灵活性的五自由度混联机器人为从动加工机器人、以具有力反馈信息的三平动并联机器人为主动操控机器人、以及基于主动和从动机器人的遥操作加工方法。首先，通过构造参数化、在线可调的禁止型虚拟夹具（Forbidden region virtual fixture,FRVF），解决了遥操作过程中由于抖动、通讯延迟等因素导致的过度加工问题。其次，建立了基于增量式位置跟随与人工势场法的遥操作控制模型，以便对主动和从动机器人进行约束与引导。最后，进行仿真分析与试验验证。结果表明，FRVF对空间复杂曲面的贴合度高，遥操作控制模型可确保加工区域不越过虚拟夹具表面，2.32 m×1.65 m×1.24 m灰铸铁铸造件残留特征的去除率达95%以上，一次加工后的表面粗糙度2.1μm，加工效率较人工方式提升了4倍。所提出的主从机器人系统及其遥操作加工方法，可有效实现中大型铸造件残留特征的高质量高效率去除加工，为其他中大型零部件高效加工提供新的解决思路。