【摘 要】
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工业机器人具有工作空间大、灵活性强等特点,被广泛应用于飞机蒙皮、航空透明件等大型结构件加工中。然而,工业机器人刚度弱、动态特性空间分布差异大,导致其铣削稳定性极限低,不同加工区域的铣削性能变化明显,可供选择的工艺参数窗口狭窄。研究机器人铣削系统加工过程中的动态特性,建立位姿相关模态预测模型及铣削系统稳定性预报模型是铣削工艺参数优选的基础,对提升机器人加工性能有重要意义。本文以ABB机器人铣削系统为
【基金项目】
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国家自然科学基金重大研究计划重点项目:“高性能航空透明件双机器人自适应协同加工系统的基础理论与关键技术研究”(91948203)
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工业机器人具有工作空间大、灵活性强等特点,被广泛应用于飞机蒙皮、航空透明件等大型结构件加工中。然而,工业机器人刚度弱、动态特性空间分布差异大,导致其铣削稳定性极限低,不同加工区域的铣削性能变化明显,可供选择的工艺参数窗口狭窄。研究机器人铣削系统加工过程中的动态特性,建立位姿相关模态预测模型及铣削系统稳定性预报模型是铣削工艺参数优选的基础,对提升机器人加工性能有重要意义。本文以ABB机器人铣削系统为研究对象,从机器人铣削动力学角度出发,提出其工作空间内位姿相关的超参数优化神经网络的模态参数预测方法,构建考虑多模态和交叉频响函数的铣削动力学模型,并分析不同因素对铣削稳定性预报的影响,为机器人铣削大型曲面零件工艺参数优选提供理论指导,具体研究内容如下:(1)机器人铣削系统模态识别。采用多普勒测振仪对其开展相关模态实验,揭示了其各频段模态来源、模态参数空间分布特性及频响函数各向差异性,辨识了多阶位姿相关的模态参数,作为预测模型训练集为后续模态特性预测提供基础。(2)建立位姿相关的机器人铣削系统模态特性预测模型。采用超参数优化法建立深度神经网络的预测模型,对机器人铣削系统工作空间内多阶模态矩阵的对角项及交叉项进行预测。综合考虑多阶机器人本体模态及刀具模态,建立模态矩阵,为动力学建模提供所需模态参数。(3)建立考虑机器人姿态的铣削动力学模型并拓展了二阶半离散法的铣削稳定性预报方法。以刚性工件柔性机器人及刀具为研究对象,建立考虑多模态及交叉频响函数因素影响的多自由度机器人铣削系统动力学模型,通过柯西变换得到其状态空间形式,针对所建立的动力学模型,拓展了的二阶半离散法,对时间滞后项进行二阶牛顿插值及时间周期项的线性插值处理,构造稳态系数向量,最后基于Floquct理论对铣削稳定性边界进行求解。(4)使用机械模型法对稳定性求解及铣削力建模所需的铣削力系数进行辨识,并探究机器人交叉耦合项模态和刀轴方向对铣削稳定性的影响。在工业机器人上开展相关铣削实验,对稳定性预报的准确性进行验证。
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