(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 202210743938.7 (22)申请日 2022.06.27 (71)申请人 绍兴市上虞区武汉理工大 学高等研 究院 地址 312000 浙江省绍兴 市上虞区曹娥街 道江西路2288号浙大网新科技园A1楼 5楼 申请人 武汉理工大 学 (72)发明人 周勇　张斌　胡楷雄　李卫东　 赵佳伟　 (74)专利代理 机构 武汉科皓知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 42222 专利代理师 黄靖 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01)B25J 11/00(2006.01) (54)发明名称 一种基于机器人铣削加工的回转型加工台 冗余优化方法 (57)摘要 本发明提供了一种基于机器人铣削加工的 回转型加工台冗余优化方法包括以下步骤： 建立 工业机器人笛卡尔空间的柔度模 型； 基于机器人 的柔度表征模型的基础上完成机器人综合刚度 指标的建立， 并以此评价指标来对初始加工位置 进行姿态优化； 根据选定的机器人加工方向， 利 用回转型加工台配合机器人完成旋转加工运动。 本发明改善了固定加工台单向加工造成轮廓误 差比较大、 有明显的接刀痕迹等问题， 通过对回 转型加工台单自由度的冗余优化， 实现复杂加工 任务的机器人作业姿态的综合刚度性能优化与 加工效率的提升， 为机器人铣削表 面质量与精度 的提升提供了技 术支撑。 权利要求书3页 说明书7页 附图3页 CN 115008464 A 2022.09.06 CN 115008464 A 1.一种基于机器人铣削加工的回转型加工台冗余优化方法， 其特征在于， 所述方法包 括以下步骤： 步骤1： 建立工业机器人笛卡尔空间的柔度模型； 步骤2： 根据加工任务类型确定多轴机器人初始加工的特征点位， 通过工业机器人加工 系统绕刀具轴向旋转的冗余自由度， 以绕刀轴冗余角γ值为优化指标， 使得力线夹角 最 小且整体刚度系数Ca达到最大为优化目标完成初始加工点 位的姿态优化； 步骤3： 根据工业机器人在不同场景加工的刀纹判断刀倾方向和最优进给方向， 根据工 业机器人加工 工件的路径方向， 调整加工台的旋转方向来配合工业机器人； 步骤4： 机器人完成加工任务后， 回转型加工台配合机器人移动到下一个加工点 位。 2.根据权利要求1所述的工业机器人加工姿态优化方法， 其特征在于， 所述建立工业机 器人笛卡尔空间的柔度模型包括以下步骤： 通过转换公式建立机器人柔度表征模型， 所述 转换公式为： 其中C表示 笛卡尔空间柔度矩阵， J为机器人当前姿态所对应的雅可比矩阵， Kθ表示关节 刚度矩阵。 3.根据权利要求1所述的工业机器人加工姿态优化， 其特征在于， 所述加工任务类型评 估工业机器人末端综合刚度性能具体包括以下步骤： 柔度矩阵C是一个6 ×6矩阵， 以柔度矩阵元素的不同量纲为标准， 把柔度矩阵C分解成 四个子矩阵， 即： Cfd为位移柔度矩阵， 单位(mm/N)； Cmδ为旋转柔度矩阵， 单位(rad/N ·mm)； Cfδ为耦合柔 度矩阵， 单位(rad/N)； Cmd为耦合柔度矩阵Cfδ的转置， 单位(N‑1)； 位移柔度矩阵Cfd的映射在三维空间里为一个椭球体， 该椭球称为机器人的柔度椭球； 柔度椭球的轴长越短， 说明此方向上 的刚度越大； 用柔度椭球最短矢量与加工方向之间的 夹角定义 为力线夹角 公式如下： rmin为柔度椭球最短矢量， x为加工方向单位向量； 椭球的主轴长度等于矩阵 特征值的平方根λ1、 λ2、 λ3， 且λ1>λ2>λ3>0； 将柔度椭 球的体积作为机器人整体刚度性能指标系数： 4.根据权利要求1所述的回转型加工 台冗余优化方法， 其特征在于， 所述工业机器人基 于作业任务内容确定工业机器人加工工件的路径 方向后， 调整加工台的旋转方向来配合工 业机器人， 并对机器人主轴进行旋转量补偿， 回转型加工台配合机器人运动的姿态优化具权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115008464 A 2体包括以下步骤： 在整个机器人加工系统中， 建立回转加工台坐标系Oa、 电主轴坐标系Oc以及机器人基座 标系O0， 机器人底座面和加工台平面与地面保持水平； 加工台坐标系下加工点位坐标是一 个矢量(X,Y,Z,I,J,K)， Oc＝(X,Y,Z)描述电主轴坐标系 原点Oc相对于加工台坐标系下的位 置， l＝(I,J,K)描述电主轴坐标系Zc轴的方向； 针对平面铣削加工， 所有刀位点均取l＝(0, 0,1)； 对机器人初始刀位点进行姿态优化， 初始姿态刚度优化后冗余角为γ值， 通过实 际加 工实验零件表面的刀纹判断， 机器人最 好的进给 方向是加工台初始坐标系的Xa轴； 将作业加工路径向Xa轴映射， 形成一条长度 为L的直线， 将这条直线用N+1个点(P1,P2… Px…PN+1)均分为N等份， 根据综合刚度性能指 标系数对这N+1个点进行姿态优化； 在加工时， 当瞬时加工点P瞬在Xa轴的映射点位于(Px‑L/2N， Px+L/2N)范围内时， 在Px点优化后的姿态冗 余度Cx可作为当前姿态的最优冗余度， 即： C瞬1＝Cx(P瞬∈(Px‑L/2N， Px+L/2N)) C瞬1是瞬时加工点刚度最优的冗余自由度； 机器人作业任务是加工具有复杂轮廓的平面， 机器人以刚度综合性能最好的姿态抵达 初始刀位点， 配合加工台进行铣削加工； 机器人的电主轴沿加工台初始坐标系的Xa轴移动， 回转工作台绕Za轴进行逆时针旋转来配合机器人进行加工； 机器人电主轴坐标系c垂直 映 射在工作台坐标系a中的Xa‑Oa‑Ya平面上， 坐标系b为坐标系c映射在加工面的新坐标系， A点 为此时坐标系b的原点Ob在坐标系a中的表示， 直线AOa与其在A点的切线之间的夹角为β； 沿 坐标系b的Xb作延长线， 该延长线与AOa之间的夹角为α， α 与β 之间的关系如公式所示： α为电主轴在冗余角γ值的基础上继续调整的旋转量， 增加旋转量后可保证机器人铣 削加工的最优进给 方向始终不变， 此时冗余角度为： C瞬2＝γ+α C瞬2是瞬时加工点进给 方向同向时的冗余自由度； 由于刚度最优冗余度与进给同向冗余度存在数值偏差， 为保证机器人加工表面质量， 对机器人瞬时加工点冗余自由度进行选择： αmin为允许偏离最优进给方向的角度值； ω1、 ω2是权重系数， 用于平衡铣削刚度与铣削 进给同向性的大小， 根据需求指定 。 5.根据权利要求1所述的回转型加工 台冗余优化方法， 其特征在于， 机器人完成当前加 工任务后， 机器人移向下一个加工位置， 固定机器人主轴， 将加工台旋转， 配合主轴移动到权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115008464 A 3