机器人加工系统刚度优化技术

工业机器人正越来越广泛地应用于航空航天复杂结构件的制造装配中，其高性能加工技术是实现构件高效高质高精加工的关键所在。本书针对机器人本体弱刚性结构属性导致产品加工质量差与加工轨迹精度低的问题，提出了工业机器人加工系统刚度优化的基础理论与关键技术，主要包括机器人刚度建模、机器人加工系统刚度性能分析、机器人刚度优化、基于刚度性能的机器人加工误差预测与补偿等内容，并进一步阐述了机器人加工系统刚度优化技术在航空航天钻孔、铣削中的应用，验证该技术的有效性。

前言
第1章绪论1
1.1背景及意义1
1.2工业机器人高端制造装备3
1.3机器人刚度对切削加工的影响6
1.4机器人刚度特性研究8
1.4.1机器人刚度建模方法8
1.4.2机器人刚度性能评价指标10
1.5机器人刚度优化研究11
1.6本书主要内容13
第2章机器人经典刚度建模15
2.1引言15
2.2机器人运动学15
2.2.1机器人正向运动学15
2.2.2机器人雅可比矩阵20
2.3机器人经典刚度模型21
2.3.1关节刚度与笛卡儿刚度之间的映射关系21
2.3.2补充刚度矩阵23
2.3.3关节刚度辨识27
2.4机器人经典刚度辨识试验29
2.4.1试验系统29
2.4.2试验准备30
2.4.3结果与分析34
2.5本章小结44
第3章机器人空间相似性变刚度建模45
3.1引言45
3.2关节刚度的空间相似性分析45
3.2.1理论分析45
3.2.2试验分析47
3.3变刚度辨识与建模方法49
3.3.1空间网格化原理与采样位姿规划49
3.3.2基于空间相似性的变刚度辨识与准确建模方法51
3.4机器人变刚度试验52
3.4.1试验平台52
3.4.2结果与分析53
3.4.3基于刚度模型的误差补偿67
3.5本章小结72
第4章机器人加工系统刚度性能分析73
4.1引言73
4.2机器人加工系统定向刚度表征模型73
4.2.1机器人柔度椭球73
4.2.2基于加工任务的机器人定向刚度表征77
4.2.3机器人加工系统切削性能分析83
4.3机器人加工空间内的刚度特性分析84
4.4机器人刚度对加工精度的影响95
4.4.1刚度对钻削加工的影响机理95
4.4.2轴向刚度对钻削加工精度的影响107
4.5本章小结111
第5章融合运动学与刚度性能的加工姿态优化方法112
5.1引言112
5.2机器人加工系统的冗余自由度112
5.2.1冗余自由度的概念112
5.2.2自由度对雅可比矩阵的影响113
5.3机器人运动学评估方法114
5.3.1机器人运动灵巧性指标115
5.7本章小结144
第6章动力学性能很优的加工姿态优化方法.145
6.1引言.145
6.2机器人多体动力学模型及其拓扑图145
6.3机器人多体传递矩阵动力学方程147
6.3.1机器人振动模态特性147
6.3.2机器人动力学响应155
6.4关节刚度参数辨识157
6.4.1模态试验分析157
6.4.2机器人关节刚度辨识162
6.5加工振动最小的机器人姿态优化方法166
6.5.1优化模型166
6.5.2基于NSGA-II的机器人姿态优化算法167
6.6数值仿真与试验验证168
6.6.1振动模态仿真与试验验证168
6.6.2动力学响应仿真与试验验证170
6.6.3加工姿态优化仿真验证172
6.7本章小结174
第7章刚度很优的机器人加工误差预测与补偿175
7.1引言175
7.2机器人轨迹误差补偿策略175
7.2.1轨迹误差分级补偿175
7.2.2微小线段拟合的插补位置规划176
7.3机器人加工轨迹误差在线预测与补偿177
7.3.1基于刚度模型的加工误差计算原理177
7.3.2连续轨迹加工误差的补偿策略181
7.4机器人加工轨迹误差补偿的实现182
7.4.1加工载荷数据处理182
7.4.2误差补偿系统实现184
7.5误差预测与补偿试验验证188
7.6本章小结190
第8章典型应用191
8.1引言191
8.2机器人铣削应用191
8.2.1航天类铝合金支架机器人铣削191
……