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(shù)隨著光通信、微電子、天文、航空航天等技術(shù)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(shù)理論，已經(jīng)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(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展得到不斷突破創(chuàng)新。它可以提高生產(chǎn)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(chǎn)時使用。
　　大口徑

2、光學研拋機器人是實現(xiàn)大口徑光學非球面研拋自動化的一種有效手段，可以高質(zhì)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(nèi)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(guān)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(shù)研究所“863”項目“大口徑光學智能研拋機器人”。研究工作內(nèi)容如下：
　?、俳榻B光學制造

3、技術(shù)中的研拋工藝，為研拋機器人提供加工背景。根據(jù)Preston理論，對研拋機器人 CCOS行星式磨頭數(shù)學建模，得到去除函數(shù)模型并分析其主要影響參數(shù)。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(shù)，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(guān)理論，確定機器人末端位姿與各軸關(guān)節(jié)角之間的關(guān)系。在分析大口徑光學研拋機器人機械臂結(jié)構(gòu)的基礎上，建立連桿坐標系并獲得D-H參數(shù)。已知研拋機器人各軸關(guān)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(jù)面形誤差劃分等高面等級，確定高點區(qū)域。然后根據(jù)去除函數(shù)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(zhuǎn)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(guān)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(guān)節(jié)運動。實現(xiàn)機器人末端運動路程較短、關(guān)節(jié)角變化平滑的要求。