1. 研究目的与意义（文献综述）

1.1 机器人加工的意义

工业机器人作为一种集自动控制、网络通信、微电子技术等多种先进技术于一体的自动化装备，已经广泛应用于各行各业。机器人加工具有结构简单,成本低,易于扩展等优点。机器人在钻孔、打磨、焊接等许多方面都得到了应用，甚至有对于将机器人用于铣削等加工的研究。工业机器人同数控机床相似，具有多轴的特点，相对于多轴数控机床，机器人具有成本低、柔性好、智能化、效率高、操作空间大等优势。降低成本、提高生产效率以及提高生产质量等主要原因使得机器人技术在制造工业应用得日益广泛。工业机器人的重要特征是多功能性以及高柔性，这使得工业机器人在刚性自动化和柔性制造（fms）中都能完成其相应的功能。工业机器人具有三种基本能力，搬运、操作以及测量，这使得其在制造过程中能够完成多种功能。

1.2 复杂曲面零件研究的意义与现状

随着高新技术的发展，复杂曲面的应用也越来越广，由于力学特征和功能的需要，以及外观美学要求的需要，具有高精度的复杂曲面需求不断上升；经济和技术的飞速突破，具有复杂曲面的产品越来越多，广泛应用于模具、交通、能源、航空航天等领域。复杂的特征表面加工过程非常复杂，且容易出现干涉，且复杂曲面的检测难以用传统的检测方法检测，质量控制较为困难。

航空发动机叶片是航空发动机中重大关键结构件，对叶片形面精度、完整性要求高。目前，发动机叶片磨削主要还是采用全手工打磨，效率和精度都比较低；由于叶片曲面复杂，手工打磨对劳动工人的技能要求较高；工人劳动强度高，长期在重金属粉尘环境下工作对工人的身体健康损害严重。机器人抛光解决航空发动机叶片手工打磨质量低下等难题,对实现整体发动机叶片的表面加工具有非常重要的意义。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 复杂曲面上的lasso回归学习

本课题需要完成两个关键问题：1.获得能够完成加工任务的光滑路径；2.鲁棒性强的控制器来完成加工任务并能够克服潜在的干扰。为了得到优化的路径规划，待加工复杂曲面流形的描述即获得待加工曲面的基本信息对于我们进行路径规划是非常重要的。在实际中，很难用数学模型精确地描述非构化环境，机器人磨削表面是不可能在加工前获得零件的数学描述的。

本研究课题采用采集到的观测数据对复杂曲面进行建模，利用lasso算法对复杂曲面流形进行学习。通过设计的手持式力觉/视觉定位装置，结合先进的视觉定位系统optitrack系统，采集训练样本，通过机器学习的方法，建立流形切平面的向量组来进行建模。这样做的优点在于：（1）在对象的任务空间进行建模而不是在更高维度进行建模；（2）这种建模方式使得点到曲面的距离的定义变得更有意义。

3. 研究计划与安排

（1）实验系统的构建：选择加工曲面零件（0.5天），设计手持式的力反馈/视觉定位装置（0.5天），机器人系统调试（1天）；

（2）复杂曲面流形的lasso回归学习：复杂曲面流形的概念及描述方法（0.5天），kmeans、em等算法的学习（1天），完成曲面lasso回归学习的理论推导；

（3） 流形上的路径规划：曲面流形上两点间无优化的路径规划（2天），曲面流形上路径重新规划（0.5天），点到流形上距离的计算；

4. 参考文献（12篇以上）

参考文献

1. chen y, dong f. robot machining: recent development and future research issues[j]. the international journal of advanced manufacturing technology, 2013, 66(9):1489-1497.

2. （意）西西里安诺(siciliano.b)等著. 国良等译.机器人学：建模、规划与控制. 西安：西安交通大学出版社，2013.11

3. saeed b.niku著，孙富春等译. 机器人学导论：分析及应用. 北京：电子工业出版社，2004.1.