(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 20221072846 3.4 (22)申请日 2022.06.24 (71)申请人 兰州荣翔轨道交通科技有限公司 地址 730070 甘肃省兰州市安宁区枣林路 139号(兰州交通大学科技园创业孵化 楼601室) (72)发明人 王小荣　杨靖　王朝琴　何鹏　 罗冠炜　 (51)Int.Cl. B25J 11/00(2006.01) B25J 9/02(2006.01) B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 一种复杂木模工业机 器人铣削及控制方法 (57)摘要 一种复杂木模工业机器人铣削及控制方法， 它涉及一种加工方法， 具体涉及一种复杂木模工 业机器人铣 削及控制方法。 本发 明的目的是保证 木模加工的质量和尺寸， 由于木模优劣程度直接 影响着产品的， 目前普遍使用数控加工生产木 模， 相比数控加工， 工业机器人具有活动空间宽 广， 控制精度高， 运动姿态可变性强的优势， 特别 是对于体积规模 大的复杂木模， 工业机器人具有 更好的加工适应性。 但如何使用机器人实现复杂 曲面的高精度加工仍然在研究当中， 本发明以安 川MOTOMAN‑UP6机器人为实验平台， 探究工业机 器人对复杂木模铣削加工的运动学分析、 精度控 制和轨迹规划等关键技术问题。 本发 明可获得一 种复杂木模工业机 器人铣削及控制方法。 权利要求书2页 说明书17页 附图8页 CN 115179306 A 2022.10.14 CN 115179306 A 1.一种复杂木模工业机器人铣削及控制方法， 其特征在于： 借助计算机的辅助设计与 制造功能来完成刀具的轨迹规划， 工作人员可以交互地完成零件毛坯、 刀具参数、 刀具姿 态、 走刀步长、 加工行距和铣削速度等操作参数的设置， 从而得到 符合机器人加工的刀位数 据， 同时通过后处理将离散的刀位信息转化处理为工业机器人的控制程序， 并在计算机中 进行运动轨 迹的动态仿真验证， 检查机器人程序文件的可靠性。 2.根据权利要求1所述的一种复杂木模工业机器人铣削及控制方法， 其特征在于： 用 NURBS插补 避免了以直代曲， 而 是以微小线 段对加工曲面轮廓进 行逼近。 相比直线插补和圆 弧插补， NURBS插补方法能得到更加准确、 光顺的加工轨迹， 在允许的加工范围内， 能够 减少 加减速的频率， 实现加工路径的高阶连续， 大 大提升了加工效率， 改善 了零件表面质量。 3.根据权利要求1所述的一种复杂木模工业机器人铣削及控制方法， 其特征在于： 基于 CAM铣削策略， 将NURBS方法用于复杂木模的机器人加工轨迹规划当中， 对于提高机器人的 编程效率， 减小机器人工作时的振动， 保证复杂零件的表面加工质量和精度具有重要意 义。 4.根据权利要求1所述的一种复杂木模工业机器人铣削及控制方法， 其特征在于： 由离 散刀位点构成的小直线段无法满足高效率和高精度的加工需求。 为了得到更为密集的加工 刀位点以保证精度， 可以先将CAM输出的一系列离散刀位点进行NURBS曲线插值拟合， 从而 得到复杂曲面的NURBS刀具轨迹曲线， 然后基于NURBS刀具轨迹曲线进行插补运算， 将NURBS 曲线插补的优 越性应用于曲面加工任务中。 5.根据权利要求1所述的一种复杂木模工业机器人铣削及控制方法， 其特征在于： 球头 刀与曲面的接触位置并不总 是刀尖， 随着曲面 曲率的变化， 刀尖点相对刀触点位置进行了 不同幅度的偏置， 从而使得球头刀刀头外轮廓恰好与加工曲面相切。 因此CAM系统中用固定 姿态加工曲面的策略能够保证精度， 基于此， 用CAM中固定姿态加工曲线曲面的刀位点数据 进行NURBS曲线拟合， 将生成的NURBS曲线作为工业机器人的刀具轨 迹曲线。 6.根据权利要求1所述的一种复杂木模工业机器人铣削及控制方法， 其特征在于： 在分 析曲面铣削刀轴控制方式的基础上， 论证了在CAM系统中用固定刀具姿态加工曲面的可行 性， 并提取出CAM生成的离散刀位点作为型值点， 对这些型值点进行参数化， 进而完成三次 NURBS曲线的插值拟合， 同时得到了拟合曲线的控制顶 点和节点矢量。 最后利用参数跟踪法 进行NURBS曲线的插补运算， 为了有效控制 弓高误差， 引入二分法对参数跟法进行优化处 理， 从而实现了满足精度要求的插补运 算。 7.根据权利要求1所述的一种复杂木模工业机器人铣削及控制方法， 其特征在于： 根据 正逆运动学原理， 利用机器人进 行铣削加工时， 在操作空间生成刀具轨迹点后， 可将其经运 动学反解映射到关节空间中。 因此机器人铣削轨迹规划 不仅可以在关节空间内进行， 而且 也可以在笛卡尔空间内进行， 关键是要保证工业机器人在铣削加工时的平稳性。 在关节空 间内进行铣削轨迹规划时， 把各个关节的关节角度变量表示为关于运行时间的函数， 并计 算该函数关于时间的一阶和二阶导数。 笛卡尔空间的铣削轨迹规划则是将预期的刀具位 姿、 速度以及加速度设定为关于时间的函数。 这两种轨迹规划方式各有优势， 为了保证关节 运动平稳， 本文在机器人的关节空间内进行轨 迹规划。 8.根据权利要求1所述的一种复杂木模工业机器人铣削及控制方法， 其特征在于： 工业 机器人的雅克比矩阵表示了笛卡尔空间和关节空间两者之间运动速度的映射关系， 因此， 在关节空间完成铣削轨迹规划的基础上， 可利用雅克比矩阵将关节空间速度映射为末端 执权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115179306 A 2行器在笛卡尔空间的广义速度， 这样就可以对末端执行器在机器人基础坐标系下的速度进 行检验分析。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115179306 A 3