航空学报 > 2013, Vol. 34 Issue (12): 2823-2832   doi: 10.7527/S1000-6893.2013.0227

机器人加工系统刚度性能优化研究

曲巍崴1, 侯鹏辉1, 杨根军2, 黄官平2, 尹富成2, 石鑫1   

  1. 1. 浙江大学 机械工程学系, 浙江 杭州 310027;
    2. 中航工业陕西飞机工业(集团)有限公司, 陕西 汉中 723000
  • 收稿日期:2013-03-04 修回日期:2013-04-25 出版日期:2013-12-25 发布日期:2013-07-01
  • 通讯作者: 曲巍崴,Tel.:0571-87953929E-mail:qwwwwl@zju.edu.cn E-mail:qwwwwl@zju.edu.cn
  • 作者简介:曲巍崴女,博士,讲师。主要研究方向:机器人辅助装配,薄壁结构变形机理,CAD/CAM,反求工程。Tel:0571-87953929E-mail:qwwwwl@zju.edu.cn;侯鹏辉男,硕士研究生。主要研究方向:工业机器人技术。E-mail:zjuhouph@163.com;杨根军男,学士,陕飞工程技术部部长。主要研究方向:飞机制造技术。Tel:0916-2886372E-mail:yanggj@shanfei.com;黄官平男,硕士研究生。主要研究方向:飞机装配技术。Tel:0916-2888955E-mail:huanggp@shanfei.com;尹富成男,硕士研究生。主要研究方向:飞机工艺装备设计制造技术。Tel:0916-2886334E-mail:yinfc@shanfei.com;石鑫男,硕士研究生。主要研究方向:航空材料加工技术。E-mail:shixinss@sina.com
  • 基金资助:

    中央高校基本科研业务费专项资金 (2012FZA4004);国家科技支撑计划(2011BAF13B10)

Research on the Stiffness Performance for Robot Machining Systems

QU Weiwei1, HOU Penghui1, YANG Genjun2, HUANG Guanping2, YIN Fucheng2, SHI Xin1   

  1. 1. Department of Mechanical Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China;
    2. AVIC Shaanxi Aircraft Industry (Group) Company Limited, Hanzhong 723000, China
  • Received:2013-03-04 Revised:2013-04-25 Online:2013-12-25 Published:2013-07-01
  • Supported by:

    Fundamental Research Funds for the Central Universities (2012FZA4004); National Key Technology Research and Development Program of China (2011BAF13B10)

摘要:

工业机器人以其高精度、高效率、低成本和可扩展性等优势正被逐步应用到航空制造领域。然而串联机器人的结构弱刚度问题成为影响其末端定位精度及加工动态性能的首要因素。本文应用冗余机器人的自运动特性,对附加第七轴的机器人刚度性能优化展开研究。首先,基于传统刚度映射模型,通过辨识实验获得机器人关节刚度;然后,在加工位姿及关节角度约束下,以机器人末端刚度椭球沿待加工曲面主法矢方向的半轴长度为优化指标,采用遗传算法进行机器人姿态优化;最后,对优化前后机器人变形进行对比分析,分析结果表明机器人刚度性能优化对增强机器人定位精度、改善加工性能具有重要意义。

关键词: 机器人加工系统, 刚度辨识, 笛卡儿刚度矩阵, 遗传算法, 姿态优化

Abstract:

Industrial robot is widely used in aviation manufacturing for its high precision, high efficiency and good expansibility. However, the low stiffness of a serial structure has been a primary factor affecting the end positioning accuracy and dynamic properties. This paper studies the stiffness property optimization for a redundant robot with an extra 7th axis. First, the joint stiffness values are obtained by experiment identification based on a conventional stiffness model. Then a genetic algorithm is employed to conduct the posture optimization under a given position and orientation constraint so as to allow the length of the semiaxis of the stiffness ellipsoid to reach its maximum along the normal direction of the workpiece. Finally,contrast experiments are carried out and the results show that the optimization method is of great significance for enhancing the positioning precision and improving machining properties.

Key words: robot machining system, stiffness identification, Cartesian stiffness matrix, genetic algorithm, posture optimization

中图分类号: