(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210784778.0 (22)申请日 2022.07.05 (71)申请人 华中科技大 学 地址 430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路 1037号 (72)发明人 杨吉祥　陈海清　齐睿彬　丁汉　 (74)专利代理 机构 北京金智普华知识产权代理 有限公司 1 1401 专利代理师 张晓博 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) B25J 11/00(2006.01) (54)发明名称 机器人磨抛力-位-速度 协同工艺规划方法、 系统及终端 (57)摘要 本发明属于材料磨抛加工技术领域， 公开了 机器人磨抛力 ‑位‑速度协同工艺规划方法、 系统 及终端， 确定复杂曲面磨抛零件， 通过实验获得 工件材料的材料去除率模型， 材料去除量约束下 不同加工位置的磨抛法向接触力规划； 生成磨抛 刀具轨迹， 将刀具轨迹位置和方向B样条光顺， 进 给驱动系统约束下不同加工位置的进给速度规 划； 通过工件不同加工位置的接触力和进给速度 的共同规划， 实现力 ‑位‑速度协同工艺规划， 实 现高效率高精度复杂曲面磨抛加工。 本发明在材 料去除量约束下对不同加工位置的磨抛法向接 触力规划， 避免复杂曲面中曲率较小和曲率较大 位置处欠磨和过磨问题； 在 进给驱动系统约束下 对不同加工位置的进 给速度规划， 提高磨抛加工 效率。 权利要求书4页 说明书15页 附图7页 CN 115213901 A 2022.10.21 CN 115213901 A 1.一种复杂曲面零件机器人磨抛力 ‑位‑速度协同工艺规划方法， 其特征在于， 所述复 杂曲面零件机器人磨抛力 ‑位‑速度协同工艺 规划方法包括以下步骤： S1， 针对具体的磨抛场景， 建立工件材 料去除率模型； S2， 针对具体的磨抛场景， 根据工件材 料去除模型规划磨抛接触力； S3， 针对具体的磨抛场景， 对软件生成的刀具轨迹进行插值和光顺， 实现连续的进给速 度； S4， 针对具体的磨抛场景， 在机器人驱动系统约束条件下， 规划磨抛进给速度； S5， 针对具体的磨抛场景， 建立力 ‑位‑速度混合约束下的磨抛工艺规划， 实现高效率高 精度复杂曲面磨抛加工 。 2.如权利要求1所述的复杂曲面零件机器人磨抛力 ‑位‑速度协同工艺规划方法， 其特 征在于， 所述步骤S1中的工件材料去除率模型通过系列实验数据统计分析得到； 通过开展 系列磨抛实验获取磨抛材料去除的实验数据， 建立磨抛深度与各影响因素之间的关系； 通 过参数辨识得到材料去除率模型当中的未知参数的值， 从而获得工件材料的材料去除率模 型； 其中， h是材料去除深度； Kp是Preston 常数， 由接触轮和工件的材料、 磨抛接触压力和相 对线速度的各种磨抛参数组成； B是综合影响因素， R1是接触轮半径， Nr是主轴转速， vw是工 具‑工件相对进给速度， F是磨抛法向接触力， E是工件和工具的等效弹性模量， W为接触轮宽 度； R是工件和接触 轮的等效半径； k是补偿系数。 3.如权利要求1所述的复杂曲面零件机器人磨抛力 ‑位‑速度协同工艺规划方法， 其特 征在于， 所述 步骤S2中根据工件材 料去除模型规划磨抛接触力包括： 材料去除的深度h是接触力F、 主轴转速Nr、 刀具‑工件相对进给速度vw、 等效半径R的多 种影响因素共同作用的结果； 以得到的材料去除模型为依据， 分析整体叶盘叶片加工过程 中的材料去除精度和接触力约束； 为保证在机器人磨抛加工过程中材料去除深度满足加工要求， 整体叶盘叶片不同位置 的接触力满足以下要求： 接触力大小应该满足： F≤Fmax； 其中， Fmax表示接触力的最大允许值； 将接触力约束转 化为： 权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115213901 A 2材料去除模型和接触力约束转 化为： 4.如权利要求1所述的复杂曲面零件机器人磨抛力 ‑位‑速度协同工艺规划方法， 其特 征在于， 所述步骤S 3中的针对具体的磨抛场景， 对软件生成的刀具轨迹进 行插值和光顺， 实 现连续的进给速度包括： 将离散刀具轨迹的刀尖位置和刀具方向在工件坐标系中进行光顺； 通过软件生成离散 的刀尖位置坐标P＝[Px,Py,Pz]T和刀尖方向坐标O＝[Oi,Oj,Ok]T； 对磨抛刀具位置和刀轴方 向在不同坐标系下分别采用B样条曲线进行拟合， 生 成样条曲线P(u)和O(w)； 利用多项式函 数u(s)和w(s)分别将刀 具位置的样条参数u和刀 具方向的样条参数w拟合到刀 具位移弧长 上， 实现位置参数u和方向参数w统一关联到弧长参数s上， 便于对复杂曲面零件不同位置处 进行速度规划。 5.如权利要求1所述的复杂曲面零件机器人磨抛力 ‑位‑速度协同工艺规划方法， 其特 征在于， 所述步骤S4中的针对具体的磨抛场景， 在机器人驱动系统约束条件下规划磨抛进 给速度包括： 工业机器人的关节指 令为θ(t)＝[θ1, θ2, θ3, θ4, θ5, θ6]T， θi(i＝1,2,...,6)代表关节i的 运动指令； 通过机器人逆运动学将 末端位姿矩阵转 化得到机器人关节角坐标： θ(t)＝Inv(P(t),O(t) )； 其中， Inv(P(t),O(t))表示工业机器人的运动学逆变换， P(t)和O(t)分别代表刀具刀 尖位置和刀具 方向的位置坐标； 为限制沿刀路轨迹的跟踪， 整体叶盘机器人磨抛加工过程中的切向进给速度满足下述 约束条件： 其中， 表示沿刀路轨 迹方向上的刀尖位移， 表示沿着刀路轨 迹进给速度的最大允许值； 基于机器人关节角的动力学约束， 机器人关节的速度和 加速度也满足下述条件： 其中， 表示机器人关节速度的最大允许值； 表示机器人关节加速度的最大允许值。 6.如权利要求1所述的复杂曲面零件机器人磨抛力 ‑位‑速度协同工艺规划方法， 其特权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115213901 A 3