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一種雙橫梁模組三維激光切割機(jī)協(xié)同加工軌跡規(guī)劃方法

文檔序號:42033157發(fā)布日期:2025-05-30 17:23閱讀:4來源:國知局

本發(fā)明涉及激光切割,具體涉及一種雙橫梁模組三維激光切割機(jī)協(xié)同加工軌跡規(guī)劃方法。


背景技術(shù):

1、三維激光切割機(jī)是集光、機(jī)、電、氣一體化的高端裝備,被視為激光加工設(shè)備皇冠上的明珠,其主要應(yīng)用于復(fù)雜沖壓成型零件的切孔和修邊,在航空航天、新能源汽車等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。為實現(xiàn)高效率的激光切割,需要對被切件進(jìn)行切割路徑規(guī)劃,以減小激光切割過程中的空行程距離。當(dāng)前,無論在二維還是三維激光切割設(shè)備中,均以搭載單個切割頭的方案為主,由于不涉及協(xié)同切割控制和防碰撞等關(guān)鍵技術(shù)問題,其技術(shù)難度相對較低,但對總體切割效率的提升不夠明顯。

2、目前研究者圍繞機(jī)械臂正、逆運(yùn)動學(xué)、工作空間、關(guān)節(jié)空間軌跡優(yōu)化等開展了大量研究。謝俊等對3p2r型裝配機(jī)器人進(jìn)行數(shù)學(xué)建模和運(yùn)動學(xué)仿真,探究了運(yùn)動軌跡、各關(guān)節(jié)速度和加速度的變化,驗證了機(jī)器人結(jié)構(gòu)參數(shù)的合理性并為后續(xù)控制系統(tǒng)設(shè)計及軌跡規(guī)劃提供重要依據(jù)。趙智遠(yuǎn)等采用正態(tài)分布對蒙特卡洛法求取機(jī)器人工作空間進(jìn)行改進(jìn),提出一種體元化算法求取工作空間體積,通過對邊界部分的不斷細(xì)化降低體積求取誤差,最終求解誤差小于1%,為運(yùn)動分析提供了理論基礎(chǔ);曾氫菲等采用5次b樣條曲線對雙光束激光焊接機(jī)器人關(guān)節(jié)變量進(jìn)行插補(bǔ),并以高效、平穩(wěn)運(yùn)動為目標(biāo)建立機(jī)器人協(xié)同焊接作業(yè)軌跡優(yōu)化模型,最后以nsga?ⅲ多目標(biāo)優(yōu)化算法進(jìn)行求解,解決了多臂協(xié)同機(jī)器人面向復(fù)雜焊縫進(jìn)行焊接作業(yè)時的末端軌跡優(yōu)化問題;王斌祺以六軸串聯(lián)機(jī)械臂為研究對象,提出一種基于改進(jìn)粒子群算法的時間最優(yōu)3-5-3多項式插值軌跡規(guī)劃算法,結(jié)果表明改進(jìn)粒子群算法與模擬退火和遺傳算法等傳統(tǒng)算法相比收斂時間更快,運(yùn)行時間更短。

3、橫梁模組運(yùn)動學(xué)分析對三維激光切割機(jī)的研究、設(shè)計和應(yīng)用具有重要意義,但是,目前對三維激光切割機(jī)的雙橫梁模組運(yùn)動學(xué)或軌跡規(guī)劃的研究非常少,尤其對于雙橫梁模組在協(xié)同加工的軌跡規(guī)劃研究非常少,導(dǎo)致雙橫梁模組三維激光切割機(jī)的工作效率一直不理想。


技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此,本發(fā)明提供了一種雙橫梁模組三維激光切割機(jī)協(xié)同加工軌跡規(guī)劃方法。

2、其技術(shù)方案如下:

3、本申請的第一方面涉及一種雙橫梁模組三維激光切割機(jī)協(xié)同加工軌跡規(guī)劃方法,按照以下步驟進(jìn)行:

4、s1、建立兩套橫梁模組的運(yùn)動學(xué)模型;

5、s2、對兩套橫梁模組進(jìn)行運(yùn)動學(xué)分析,并建立橫梁模組的正運(yùn)動學(xué)方程和逆運(yùn)動學(xué)求解方程組;

6、s3、利于改進(jìn)混沌粒子群算法對兩套橫梁模組的協(xié)同加工軌跡進(jìn)行規(guī)劃,按照以下步驟進(jìn)行:

7、s31、獲取兩套橫梁模組的初始位姿和終點位姿;

8、s32、在初始位姿和終點位姿之間構(gòu)建加工軌跡;

9、s33、將加工軌跡按時間先后劃分為第一段軌跡、第二段軌跡和第三段軌跡,該第一段軌跡、第二段軌跡和第三段軌跡均由插值多項式函數(shù)構(gòu)建;

10、s34、根據(jù)改進(jìn)混沌粒子群算法對第一段軌跡、第二段軌跡和第三段軌跡進(jìn)行尋優(yōu),得到時間最短的協(xié)同加工軌跡規(guī)劃。

11、采用以上一種雙橫梁模組三維激光切割機(jī)協(xié)同加工軌跡規(guī)劃方法,首先通過建立運(yùn)動學(xué)模型和進(jìn)行運(yùn)動學(xué)分析,為雙橫梁模組三維激光切割機(jī)的兩套橫梁模組進(jìn)行快速協(xié)同加工軌跡規(guī)劃以及避免兩個激光切割頭發(fā)生碰撞提供了理論依據(jù),然后對初始位姿和終點位姿之間通過插值多項式函數(shù)構(gòu)建第一段軌跡、第二段軌跡和第三段軌跡,最后通過改進(jìn)混沌粒子群算法對第一段軌跡、第二段軌跡和第三段軌跡進(jìn)行尋優(yōu),得到時間最短的協(xié)同加工軌跡規(guī)劃,能夠大幅提高兩套橫梁模組進(jìn)行協(xié)同加工軌跡規(guī)劃的效率,從而縮短了協(xié)同加工的時間,提高了兩套橫梁模組協(xié)同加工的效率。



技術(shù)特征:

1.一種雙橫梁模組三維激光切割機(jī)協(xié)同加工軌跡規(guī)劃方法,其特征在于,按照以下步驟進(jìn)行:

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙橫梁模組三維激光切割機(jī)協(xié)同加工軌跡規(guī)劃方法,其特征在于,所述步驟s1中,所述運(yùn)動學(xué)模型包括兩套橫梁模組的dh坐標(biāo)系以及dh參數(shù)表;

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種雙橫梁模組三維激光切割機(jī)協(xié)同加工軌跡規(guī)劃方法,其特征在于,所述步驟s33中,采用如下插值多項式函數(shù)構(gòu)建第一段軌跡、第二段軌跡和第三段軌跡:

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種雙橫梁模組三維激光切割機(jī)協(xié)同加工軌跡規(guī)劃方法,其特征在于,所述步驟s34按照以下步驟進(jìn)行:

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種雙橫梁模組三維激光切割機(jī)協(xié)同加工軌跡規(guī)劃方法,其特征在于,所述步驟s343中,計算每個粒子的適應(yīng)度值的函數(shù)為:

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種雙橫梁模組三維激光切割機(jī)協(xié)同加工軌跡規(guī)劃方法,其特征在于,所述步驟s346中,采用如下式(13)確定慣性權(quán)重:

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種雙橫梁模組三維激光切割機(jī)協(xié)同加工軌跡規(guī)劃方法,其特征在于,所述步驟s347中,將粒子種群的最優(yōu)位置pg=(pg1,pg2,pg3…pgd)映射到logistic方程的定義域(0,1),采用如下式(17)確定新的粒子位置:

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙橫梁模組三維激光切割機(jī)協(xié)同加工軌跡規(guī)劃方法,其特征在于,所述雙橫梁模組三維激光切割機(jī)包括床身、軌道滑臺輸送機(jī)構(gòu)和兩套橫梁模組,所述床身長度方向的兩端均設(shè)有滑臺進(jìn)出口,所述軌道滑臺輸送機(jī)構(gòu)包括同時穿過兩個滑臺進(jìn)出口的滑臺軌道以及能夠在滑臺驅(qū)動組件帶動下沿滑臺軌道滑動的兩個滑臺,兩套橫梁模組相互平行地沿寬度方向跨設(shè)在床身的頂部,并均能夠沿床身的長度方向移動;

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種雙橫梁模組三維激光切割機(jī)協(xié)同加工軌跡規(guī)劃方法,其特征在于,所述z軸套筒均包括呈筒狀結(jié)構(gòu)的扁筒部以及同軸地一體成型在扁筒部底部的圓筒部,所述圓筒部中均安裝有向下伸出的所述激光切割頭,所述扁筒部寬度方向的兩側(cè)外壁均為相互平行的升降導(dǎo)向平面,相鄰兩個升降導(dǎo)向平面的間距小于對應(yīng)圓筒部的直徑,各升降導(dǎo)向平面上均安裝有至少一根沿豎直方向延伸的所述第一直線導(dǎo)軌,所述z軸套筒的其中一個升降導(dǎo)向平面上均安裝有沿豎直方向延伸的所述第一齒條,所述y軸滑座分別套裝在對應(yīng)的扁筒部外。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種雙橫梁模組三維激光切割機(jī)協(xié)同加工軌跡規(guī)劃方法,其特征在于,所述扁筒部的周向外壁由兩個相對設(shè)置的升降導(dǎo)向平面和兩個相對設(shè)置的弧形面圍合而成,所述弧形面均為向外凸出的弧面結(jié)構(gòu),所述升降導(dǎo)向平面和弧形面均沿豎直方向延伸;


技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種雙橫梁模組三維激光切割機(jī)協(xié)同加工軌跡規(guī)劃方法,包括:建立兩套橫梁模組的運(yùn)動學(xué)模型的步驟;對兩套橫梁模組進(jìn)行運(yùn)動學(xué)分析,并建立橫梁模組的正運(yùn)動學(xué)方程和逆運(yùn)動學(xué)求解方程組的步驟;利于改進(jìn)混沌粒子群算法對兩套橫梁模組的協(xié)同加工軌跡進(jìn)行規(guī)劃的步驟。采用以上雙橫梁模組三維激光切割機(jī)協(xié)同加工軌跡規(guī)劃方法,能夠大幅提高兩套橫梁模組進(jìn)行協(xié)同加工軌跡規(guī)劃的效率,從而縮短了協(xié)同加工的時間,提高了兩套橫梁模組協(xié)同加工的效率。

技術(shù)研發(fā)人員:趙行,舒雷,石志鳴,陳俊杰
受保護(hù)的技術(shù)使用者:西南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日:
技術(shù)公布日:2025/5/29
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