机器人加工是智能制造领域的前沿技术之一，本书系统介绍了机器人加工的发展趋势与研究现状，构建了机器人加工视觉测量与力控技术的理论体系，以推动其在大型复杂构件大范围、小余量、高效加工(磨抛、铣削、制孔等)中的应用。全书共9章，第1章介绍机器人加工的发展趋势与技术难题，第2章介绍机器人加工运动链、加工误差定量传递模型与常用三维视觉测量技术，第3～5章介绍空间运动链中手眼位姿参数辨识、工件位姿参数辨识、工具位姿参数辨识的数学建模与计算方法，第6章介绍考虑关节运动学误差与弱刚度变形的加工误差补偿与位姿优化方法，第7、8章介绍机器人加工自适应轨迹规划、基于力传感器的机器人力位混合控制技术与基于力控装置的机器人接触力控制技术，第9章介绍机器人加工典型案例。
样章试读
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“共融机器人基础理论与关键技术研究著作丛书”序
前言
第1章 绪论 1
1.1 机器人加工的发展趋势 1
1.2 机器人加工的技术难题 3
1.3 视觉测量与位姿辨识方法 4
1.3.1 加工误差定量传递 4
1.3.2 视觉测量数据处理 6
1.3.3 手眼位姿参数辨识 7
1.3.4 工件位姿参数辨识 9
1.3.5 工具位姿参数辨识 10
1.3.6 位姿优化与误差补偿 11
1.4 机器人加工恒力控制技术 12
1.4.1 加工自适应轨迹规划 12
1.4.2 加工接触力精密控制 13
1.5 本书章节结构 14
参考文献 15
第2章 加工运动链与视觉测量数据处理 23
2.1 引言 23
2.2 机器人加工运动链 23
2.3 加工误差定量传递模型 27
2.3.1 加工误差几何度量指标 27
2.3.2 静态位姿误差定量传递模型 29
2.3.3 动态位姿误差定量传递模型 32
2.4 常用三维视觉测量技术 35
2.4.1 线激光投影测量技术 35
2.4.2 相位移面阵测量技术 40
2.5 邻域搜索与微分信息估计 44
2.6 测点数据处理与误差计算 47
2.6.1 点云精简与光顺 47
2.6.2 点云-曲面匹配 51
2.6.3 点云-曲面误差 56
2.7 iPoint3D曲面测点处理软件 59
参考文献 64
第3章 机械手-视觉传感器位姿参数辨识 66
3.1 引言 66
3.2 常用的手眼位姿参数辨识方法 66
3.2.1 眼在手型参数辨识模型 66
3.2.2 眼在外型参数辨识模型 68
3.2.3 形式手眼位姿参数求解方法 68
3.2.4 形式手眼位姿参数求解方法 74
3.2.5 基于特征点的手眼位姿参数求解方法 79
3.2.6 形式手眼位姿参数求解方法 81
3.3 考虑关节运动学误差补偿的手眼位姿参数辨识 84
3.3.1 基于Kronecker积的粗辨识 84
3.3.2 关节运动学误差与手眼位姿误差建模 86
3.3.3 关节运动学误差与手眼位姿误差辨识 89
3.4 非标准旋转矩阵的最佳正交化计算 91
3.5 双机器人协同测量手眼位姿参数辨识 94
3.6 手眼位姿参数辨识实验验证 102
3.6.1 考虑误差补偿的手眼位姿参数辨识实验 103
3.6.2 双机器人测量手眼位姿参数辨识实验 105
参考文献 111
第4章 测量工件-设计模型位姿参数辨识 112
4.1 引言 112
4.2 方差最小化匹配建模与求解 112
4.2.1 匹配目标函数构造 112
4.2.2 点-曲面距离的定义 116
4.2.3 匹配位姿参数求解 119
4.3 方差最小化匹配二阶收敛性 121
4.4 方差最小化匹配稳定性分析 122
4.4.1 切向滑移影响 122
4.4.2 高斯噪声影响 124
4.4.3 测量缺陷影响 127
4.5 工件位姿参数辨识实验验证 129
4.5.1 测量缺陷实验 130
4.5.2 高斯噪声实验 133
4.5.3 余量不均实验 136
参考文献 139
第5章 加工工具-机器人位姿参数辨识 141
5.1 引言 141
5.2 接触式位姿参数辨识方法 141
5.2.1 传统的四点标定法 141
5.2.2 改进的六点标定法 143
5.2.3 工具坐标系标定分析 145
5.3 一般曲面工具位姿误差辨识 147
5.3.1 曲面加工误差表示 147
5.3.2 工具位姿参数辨识方法 150
5.4 典型曲面工具位姿误差辨识 152
5.4.1 柱面 152
5.4.2 球面 156
5.5 工具位姿误差辨识实验验证 159
参考文献 162
第6章 加工误差补偿与整体位姿优化 164
6.1 引言 164
6.2 常见机器人关节运动学误差补偿方法 164
6.2.1 运动学误差建模 164
6.2.2 最小二乘求解法 167
6.2.3 非线性迭代求解法 169
6.3 考虑关节运动学误差/弱刚度变形的补偿模型 170
6.3.1 工具位姿补偿 172
6.3.2 工件位姿补偿 175
6.4 工件/工具/机器人位姿优化模型 177
6.5 加工误差整体补偿方法实验验证 182
参考文献 191
第7章 机器人加工的自适应轨迹规划 192
7.1 引言 192
7.2 复杂曲面机器人加工轨迹生成原理 192
7.2.1 轨迹步长控制方法 192
7.2.2 轨迹行距计算方法 193
7.2.3 机器人磨抛轨迹规划思路 194
7.3 基于Preston方程的材料去除廓形模型 197
7.3.1 Preston方程 197
7.3.2 基于Hertz接触理论的接触压力分布计算 198
7.3.3 材料去除廓形建模 200
7.4 视觉引导的自适应轨迹规划算法 201
7.4.1 相邻磨抛点计算 201
7.4.2 加工轨迹自适应校正 204
7.4.3 磨抛加工轨迹生成步骤 207
7.4.4 视觉引导的二次磨抛轨迹生成步骤 207
7.5 机器人加工轨迹规划仿真和实验验证 209
7.5.1 轨迹规划仿真 209
7.5.2 机器人磨抛实验验证 212
参考文献 220
第8章 机器人磨抛加工中的接触力控制 222
8.1 引言 222
8.2 机器人接触力主动控制方法简介 222
8.2.1 基于六维力传感器的机器人接触力控制 222
8.2.2 通过力控装置实现机器人接触力控制 223
8.3 基于六维力传感器的机器人力位混合控制 226
8.3.1 控制系统组成 226
8.3.2 力位混合控制算法 227
8.3.3 加工路径规划 230
8.4 基于力控装置的机器人接触力控制 232
8.4.1 力控装置结构组成与工作原理 232
8.4.2 接触力控制系统组成与原理 235
8.4.3 力控执行器位置控制系统 237
8.4.4 接触力控制算法设计 239
8.4.5 刀路生成与轨迹优化 245
8.5 机器人力控磨抛实验验证 247
8.5.1 通过六维力传感器进行机器人力控磨抛实验 247
8.5.2 通过力控装置进行机器人力控磨抛实验 251
参考文献 254
第9章 大型复杂构件机器人加工应用案例 256
9.1 引言 256
9.2 参数辨识与位姿优化 256
9.2.1 手眼位姿参数辨识 257
9.2.2 工件位姿参数辨识 260
9.2.3 工件/工具位姿参数辨识与校正 264
9.2.4 系统位姿优化 266
9.3 大型构件机器人加工实验 269
9.3.1 柱面轮廓磨削 269
9.3.2 X-01型核电叶片磨削 271
9.3.3 X-02型核电叶片磨削 271
9.3.4 航空蒙皮样件切边 274
参考文献 276
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