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。
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；