摘 要

随着自动化技术的发展，生产制造领域不断发展，自动化程度大幅提高，工业机器的应用越来越广泛。但是目前汽车制造行业中，仍大量采用人工打磨轮毂的方式，人工打磨存在效率低、产品质量不稳定、危害健康等弊端。对于自动化轮毂打磨方面，滚轮打磨和滚筒打磨方法已经广泛采用，也有不少学者针对轮毂设计专用打磨设备。轮毂机器人打磨也已经逐步被应用于轮毂的磨削抛光过程，为了能生成打磨效率高的刀具路径，本文基于轮毂表面的特征分析和区域划分，对机器人打磨轮毂路径规划技术展开研究。

针对机器人运动学问题，本文简单介绍了D-H法建立机器人模型和机器人正逆求解的方法。利用D-H方法对HSR-JR605型号机器人建模分析，应用Matlab机器人工具箱对机器人进行杆件模型的建立，验证了D-H法建模的正确性。

为了便于对轮毂磨削表面进行路径规划和提高路径规划对大部分轮毂的适应性，给出了轮毂磨削表面划分方法，对不同区域的曲面特征进行分析简化，并提出抛磨方案；

在打磨方案提出的基础上，为了使磨削路径合理有效，针对划分的三类面选择合适的行距计算方法和曲线离散方法，并给出详细的刀触点计算方法。

为了验证规划路径的正确性，利用C 编程开发汽车轮毂的路径规划功能模块，得到了路径刀位点文件。利用VERICUT软件进行机器人运动学仿真，验证了生成的刀位点文件的正确性。

关键词：汽车轮毂;机器人磨削;路径规划

Abstact

With the development of automation technology, the continuous development of the manufacturing field, the degree of automation has been greatly improved, and the application of industrial machines is becoming more and more extensive. However, in the current automobile manufacturing industry, a large number of workers are still used in grinding wheels, which has disadvantages such as low efficiency, unstable product quality, and health hazards. For automatic wheel grinding, roller grinding and drum grinding methods have been widely adopted, and many scholars have designed special grinding equipment for the wheel. Hub robot grinding has been gradually applied to the grinding and polishing process of the hub. In order to generate a tool path with high grinding efficiency, this paper studies the path planning technology of the robot grinding hub based on the characteristics analysis of the hub surface and the area division.

For the robot kinematics problem, this article briefly introduces the D-H method to establish the robot model and the method get robot forward and reverse solution. The rod model of the robot is established with the D-H method by using Matlab robot toolbox ,and then the correctness of the D-H method modeling is verified.

In order to facilitate the path planning of the wheel grinding surface and improve the adaptability of the path planning to most wheels, the method of dividing the wheel grinding surface is given, the surface characteristics of different areas are simplified, and the polishing plan is proposed;

In order to make the grinding path reasonable and effective, the appropriate row spacing calculation method and curve dispersion method are selected for the divided three types of surfaces, and a detailed tool contact calculation method is given on the basis of the proposed grinding plan,.

In order to verify the correctness and effectiveness of the planned path, C programming is used to develop the path planning function module of the automobile hub. In order to verify the validity of the generated tool point file, interobot software was used to simulate the robot motion.

The simulation results compare the path planning method used in this paper with the common parametric line method and the methods of different cutting methods to verify the effectiveness of the method used in this paper.

Key Words: wheel hub; robot grinding; path planning

目录

第一章 绪论 1

1.1 课题背景 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1 机器人打磨研究现状 2

1.2.2 路径规划方法研究现状 2

第二章 机器人运动学分析方法研究 4

2.1 D-H法建立机器人运动学方程 4

2.1.1 RPY角 4

2.1.2 D-H法建立机器人运动学方程 4

2.1.3 Matlab机器人杆件模型的建立 7

2.2 运动学正向求解 8

2.3 运动学逆向求解 9

2.5 本章小结 10

第三章 汽车轮毂机器人磨削工艺研究 11

3.1 汽车轮毂磨削技术研究 11

3.2 轮毂磨削表面划分及磨削方法分析 14

3.2.1 轮毂大面磨削方法分析 15

3.2.2 孔面磨削方法分析 17

3.2.3 边角面特征及磨削方法分析 18

3.3 本章小结 18

第四章 汽车轮毂分区域路径规划研究 20

4.1 常用路径规划方法 20

4.1.1 常用刀路生成方法 20

4.1.2 常用的走刀步长的计算方法 22

4.2 轮毂大面路径规划方法 23

4.2.1 圆形刀具行距的计算 23

4.2.2 切触点的计算 25

4.3 轮毂孔面路径规划方法 26

4.3.1 曲面凹凸性的判断 26

4.3.2行距的计算方法 26

4.3.3 等弓高误差法计算步长 28

4.3.4 切触点的计算 30

4.4 本章小结 33

第五章 路径规划功能模块的开发与仿真 34

5.1 功能模块的开发 34

5.1.1 IGS文件的输入 34

5.1.2 图形显示界面 34

5.1.3 参数输入与选择界面 35

5.1.4 刀位点文件的输出 36

5.2 打磨刀路的生成 37

5.2.1 轮毂模型分析 37

5.2.2 生成打磨路径 37

5.3 VERICUT机器人打磨仿真 38

5.3.1 VERICUT 数控加工仿真软件简介 38

5.3.2仿真步骤 38

5.3.3VERICUT 中虚拟机器人模型的搭建 39

5.3.4仿真结果分析 41

5.4 本章小结 44

第六章 总结与展望 45

6.1 总结 45

6.2 展望 45

致谢 47

参考文献 48

第一章 绪论

1.1 课题背景

汽车轮毂是车辆的关键承重部件，它关系到车辆的舒适性、平顺性和安全性。随着制造水平的提高，人们对轮毂的各方面要求也随之提升，包括美观性。轮毂表面因此也变得复杂，使加工打磨过程更加困难。汽车轮毂最终的外观质量“七分靠抛光，三分靠电镀” ^[1]，为了保证轮毂外观质量，在电镀和涂装之前，需将轮毂表面打磨至光滑平整，有的甚至要求达到镜面效果，其原理都是通过研磨和抛光处理来降低轮毂表面粗糙度。

随着汽车行业的发展，轮毂目前产量仍比较大。由于对表面要求的提高，轮毂打磨的工作量也越来越大，因此提高打磨效率和标准是许多企业面临的一个难题。随着自动化技术的发展，生产制造自动化程度越来越高，汽车制造业企业面临巨大的产业升级压力。

在轮毂打磨方面，我国目前主要采用是人工和人机结合的方法，人工打磨抛光劳动强度大、效率低，产品质量受人为影响因素大，且危害工人的身体健康，并造成环境污染。随着工人的健康意识日益提高，人工成本也越来越高，整体成本也随之提高，这严重限制了轮毂制造业的发展。