第3期 2017年3月
组合机床与自动化加工技术
Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique
文章编号：10012265(2017)03001704
D0I : 10. 13462/j. cnki. mmtamt. 2017. 03. 005
面向球面圆柱形切割的机器人轨迹规划算法
葛连正，李瑞峰，于殿勇
（哈尔滨工业大学机电工程学院，哈尔滨
150001）
No.3 Mar.2017
摘要：针对具有球面类容器的國柱形切割技术，文章提出了一种五自由度切割机器人对球面进行圆柱形切割方案，进行了切割机器人运动学分析，在此基础之上采用欧拉变换法建立了切割工具柱面与球面相交的数学关系，得到了圆柱面与球面的相贯线模型，然后根据机器人和球面的位姿关系计算机器人切割轨避，最后对机器人的切割轨进进行了仿真和实验，结采验证了球面的任意位姿柱形
切割轨迹和机器人运动模型的正确性，有助于推动机器人在切割领城的工程应用，关键词：球面；圆柱形；切割；机器人
中图分类号：TH166;TG659
文献标识码：A
Algorithm of Robotic Trajectory Planning for Spherical Surface Cylindrical Shape Cutting
GE Lian-zheng, LI Rui-feng, YU Dian-yong
( School of Mechanical Engineering, Harbin Institute of Technology , Harbin 150001, China)
Abstract : For cylindrical shape cutting of spherical surface vessel, a kind of 5-DOF cutting method of cylin-drical shape for spherical surface is provided in this paper. Based on the kinematics model of cutting robot the mathematic relations between cutting tool cylindrical shape and spherical surface are built using Euler transformation, and the intersection line model of cylindrical and spherical surface is presented. The robotic cutting trajectory is computed according to the position and attitude relation of robot and spherical sphere, and simulations and experiments of cutting trajectory for robot are provided in the end. Experiments results verified the rightness of robot kinematics and cylindrical shape cutting algorithm, and will promote the robot-ic application in cutting field.
Key words: spherical surface: cylindrical shape; cutting: robot
0引言
金属压力容器广泛应用于化工、石油、机械、冶金、
核能、航空和航天等部门，是生产过程中必不可少的核心设备。罐体容器一般由圆柱、球面和封头等部分构成，在制造过程中通常需要对球面进行圆柱形切制目前，我国的球面切制大多采用人工操作或者数控切制机，前者存在劳动强度大、依赖操作人员经验、精度低和一致性差的缺点；后者虽然极大提高了切制质量和工作效率，但仍存在一些缺点，如切割辅助装置结构复杂，切制机占地面积大，而且切割适用性和灵活性差。相比于数控切制机，切制机器人具有更好的灵活性和适应性。在我国，对于切制机器人在实际生产中的应用范围主要集中在汽车制造、航空航天工业这
两大方面23]，在压力容器制造领域应用较少。收稿日期：20160602
*基金项目：863课题（2013A.A0409022）
目前国内外对圆柱面的切制进行了相关研究，并取得了较好的效果。林海波等[4]针对激光加工机器人的相贯线切割给出一种由圆柱面上三点确定相贯线轨迹的激光头位置插补算法，通过仿真验证了该轨迹规划方法可以有效地完成对激光头位置和姿态的控制。孙立平[3]建立了罐体切制的机器人工作站，以通用六自由度工业机器人为切制工具载体，设计了传动和夹具机构，保证了工件切制孔的一致性和稳定性。天津大学l‘研究了自主知识产权的TriVariant-B型5自由度混联机器人的钢管相贯线火焰切割应用关键技术，开发了一种新型钢管相贯线火焰切割作业单元。Be-rend等[7]采用传统的工业机器人进行金属面的切制作业研究，通过切割工具偏差补偿进行机器人的位置精度优化
目前对于机器人的球面切制的研究较少，主要集中
作者简介：葛连正(1975一），男，山东五莲人，哈尔滨工业大学助理研究员，博士，研究方向为机器人控制，（E-mail)gelz@hit.edu.cn；通讯作者：
李强峰(1965一），男，哈尔滨人，哈尔滨工业大学敦授，博导，研究领域为机器人控制，（E-mail)lrf100@hit.edu.cn。
万方数据