大口徑光學研拋機器人局部研拋軌跡規(guī)劃.pdf

1、歷史悠久的光學制造技術隨著光通信、微電子、天文、航空航天等技術的發(fā)展有了巨大的進步。日益成熟的計算機控制光學表面成形（CCOS）技術理論，已經廣泛應用于大口徑光學元件加工。但對于高精度大口徑非球面工件而言，由于加工材料的脆性和光學本身對精度的嚴格要求，其距離滿足需求還有很大的差距。與此同時，工業(yè)機器人的重要技術經過幾十年的發(fā)展得到不斷突破創(chuàng)新。它可以提高生產效率，減少對操作人員的要求，非常適合大規(guī)模、批量化生產時使用。
　　大口徑

2、光學研拋機器人是實現大口徑光學非球面研拋自動化的一種有效手段，可以高質量、低成本的完成加工。在拋光后期局部研拋階段，高點區(qū)域邊界是不規(guī)整、非線性的，局部研拋軌跡是研拋磨頭遍歷該區(qū)域內所有高點的軌跡。因此，在工藝要求的基礎上，如何規(guī)劃出一條機器人末端運動路程較短、關節(jié)角度變化平滑的局部研拋軌跡是本文解決的主要問題。本文課題來源于中國科學院光電技術研究所“863”項目“大口徑光學智能研拋機器人”。研究工作內容如下：
　　①介紹光學制造

3、技術中的研拋工藝，為研拋機器人提供加工背景。根據Preston理論，對研拋機器人 CCOS行星式磨頭數學建模，得到去除函數模型并分析其主要影響參數。利用卷積迭代法和傅里葉變換算法分別求解駐留時間函數，通過對比殘余誤差比較算法優(yōu)劣。
　?、谘芯垦袙仚C器人運動學的相關理論，確定機器人末端位姿與各軸關節(jié)角之間的關系。在分析大口徑光學研拋機器人機械臂結構的基礎上，建立連桿坐標系并獲得D-H參數。已知研拋機器人各軸關節(jié)角度可以通過運動學方程

4、求解對應的機器人末端位置姿態(tài)，反之則通過運動學反解求得。
　　③研拋機器人局部軌跡規(guī)劃。首先根據面形誤差劃分等高面等級，確定高點區(qū)域。然后根據去除函數磨削范圍作為柵格間距，以此確定機器人運動軌跡點，并將軌跡規(guī)劃轉化為旅行商問題。最后采用蟻群算法規(guī)劃機器人在笛卡爾空間的運動軌跡，同時通過運動學反解得到各軸的關節(jié)角度。在此基礎上，再利用三次多項式插值算法平滑機器人的關節(jié)運動。實現機器人末端運動路程較短、關節(jié)角變化平滑的要求。