本發(fā)明涉及智能加工領(lǐng)域，具體涉及一種基于六軸機械臂的竹木材料異形結(jié)構(gòu)加工方法。

背景技術(shù)：

1、隨著現(xiàn)代建筑與家具設(shè)計的發(fā)展，人們對個性化、定制化的需求日益增加。特別是在竹木材料的應(yīng)用方面，傳統(tǒng)的直線型和規(guī)則結(jié)構(gòu)已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代設(shè)計師和消費者的多樣化需求。竹木材料因其天然美觀、可持續(xù)性和良好的力學(xué)性能，被廣泛應(yīng)用于建筑裝飾、家具制造等領(lǐng)域。然而，竹木材料的加工難度較大，尤其是在制作異形結(jié)構(gòu)時，傳統(tǒng)的加工方法面臨諸多挑戰(zhàn)。

2、目前，傳統(tǒng)的竹木材料加工主要依賴于手工操作和簡單的機械設(shè)備。這些加工方式通常具有較低的精度，難以滿足復(fù)雜異形結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求。同時，由于手工操作的不可控性，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，生產(chǎn)效率低下。此外，傳統(tǒng)加工方式對材料的利用率不高，容易產(chǎn)生大量廢料，增加了生產(chǎn)成本和對環(huán)境的負擔(dān)。為了解決這些問題，迫切需要一種能夠高效、精準加工竹木材料的技術(shù)和設(shè)備。

3、近年來，隨著工業(yè)自動化技術(shù)的快速發(fā)展，六軸機械臂在制造業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。六軸機械臂具有高度的靈活性和精確度，能夠完成復(fù)雜的空間運動和多自由度的操作。因此，將六軸機械臂引入竹木材料的異形結(jié)構(gòu)加工中，具有廣闊的應(yīng)用前景。

4、基于六軸機械臂的竹木材料異形結(jié)構(gòu)加工系統(tǒng)能夠有效解決傳統(tǒng)加工方式的諸多問題。首先，六軸機械臂的高自由度運動能力使其能夠在空間中實現(xiàn)任意角度和位置的精確控制，這對于加工復(fù)雜的竹木異形結(jié)構(gòu)尤為重要。其次，機械臂的自動化操作能夠顯著提高加工精度和一致性，減少人為操作帶來的誤差和產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定性。同時，自動化加工還能夠提高生產(chǎn)效率，縮短生產(chǎn)周期，降低人工成本。

5、此外，基于六軸機械臂的竹木材料加工系統(tǒng)還可以實現(xiàn)智能化加工。通過與先進的計算機控制系統(tǒng)結(jié)合，可以根據(jù)預(yù)先設(shè)計的三維模型進行自動路徑規(guī)劃和加工控制。這樣不僅可以保證加工精度，還可以減少材料浪費，提高材料利用率。特別是在加工復(fù)雜異形結(jié)構(gòu)時，計算機控制系統(tǒng)可以實時調(diào)整加工路徑，避免因材料特性變化或外界干擾導(dǎo)致的加工誤差。

6、然而，盡管六軸機械臂在金屬加工、焊接等領(lǐng)域已經(jīng)取得了顯著成效，但在竹木材料的異形結(jié)構(gòu)加工中仍面臨一些技術(shù)挑戰(zhàn)。竹木材料的天然特性，如紋理、密度不均、易裂性等，可能會對機械臂的加工精度和穩(wěn)定性提出更高要求。因此，在設(shè)計基于六軸機械臂的竹木材料加工系統(tǒng)時，需要充分考慮這些材料特性，并對機械臂的操作參數(shù)進行優(yōu)化。

7、針對竹木材料的異形結(jié)構(gòu)加工，傳統(tǒng)的切削工具和方法可能不適用于機械臂系統(tǒng)。因此，需要開發(fā)專用的加工工具和工藝，以適應(yīng)竹木材料的特性，并充分發(fā)揮六軸機械臂的優(yōu)勢。例如，可以結(jié)合激光切割技術(shù)或水刀切割技術(shù)，以實現(xiàn)更高精度和復(fù)雜形狀的竹木材料加工。

8、總的來說，基于六軸機械臂的竹木材料異形結(jié)構(gòu)加工系統(tǒng)具有顯著的技術(shù)優(yōu)勢和應(yīng)用潛力。它不僅能夠提高加工精度和效率，降低生產(chǎn)成本，還能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜異形結(jié)構(gòu)的高質(zhì)量制造，滿足現(xiàn)代建筑和家具設(shè)計對竹木材料的多樣化需求。因此，開發(fā)一種適用于竹木材料異形結(jié)構(gòu)加工的六軸機械臂系統(tǒng)，不僅具有重要的現(xiàn)實意義，還將為相關(guān)行業(yè)帶來新的技術(shù)突破和發(fā)展機遇。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了克服背景技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于六軸機械臂的竹木材料異形結(jié)構(gòu)加工方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)對竹木材料智能化加工的不能滿足需求的問題。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案為，

3、一種基于六軸機械臂的竹木材料異形結(jié)構(gòu)加工方法，包括以下步驟，

4、步驟一、竹木材料的三維模型輸入與預(yù)處理：通過三維掃描或其他測量方法獲取竹木材料的三維數(shù)據(jù)，導(dǎo)入工業(yè)設(shè)計軟件中進行網(wǎng)格化處理；

5、步驟二、三維模型的處理：對模型進行誤差估計，通過網(wǎng)格細化與粗化算法優(yōu)化模型結(jié)構(gòu)；

6、步驟三、機械臂切削路徑生成：對三維模型進行分析，生成六軸機械臂的切削路徑；

7、步驟四、機械臂代碼生成與導(dǎo)出。

8、步驟一中，采用了自適應(yīng)網(wǎng)格生成技術(shù)，通過計算模型表面的曲率κ(x,y,z)或其他幾何特性，動態(tài)調(diào)整網(wǎng)格密度ρ(x,y,z)；在曲率變化較大的區(qū)域，網(wǎng)格密度函數(shù)ρ(x,y,z)滿足ρ(x,y,z)>ρthresh，以提高該區(qū)域的加工精度；而在曲率較小的區(qū)域，采用較粗的網(wǎng)格ρ(x,y,z)<ρthresh以減少計算量。

9、步驟二中網(wǎng)格細化與粗化算法優(yōu)化模型包括以下步驟，

10、在細化過程中，可以將單元t劃分為多個子單元；公式為

11、h_t(new)＝h_t/2

12、其中，h_t(new)是新生成子單元的特征長度。

13、在粗化過程中，可以通過合并相鄰的網(wǎng)格單元來減少網(wǎng)格密度，公式為h_t(new)＝2h_t；

14、通過總的誤差估計值η控制網(wǎng)格的細化或粗化過程，公式為：η＝(σ_tη_t^2)^(1/2)，如果η超過預(yù)設(shè)的全局誤差閾值，則繼續(xù)細化網(wǎng)格；使用局部誤差控制來決定某一區(qū)域的細化程度，特別是在感興趣的區(qū)域：η_t>閾值(細化)，η_t<閾值(粗化)。

15、步驟一中，在進行模型網(wǎng)格化之后，由于加工精度的偏差以及考慮到路徑生成過程中避免過大的冗余數(shù)據(jù)量，需要對模型進行簡化與優(yōu)化：對于非常復(fù)雜的模型，可以通過簡化算法去除不必要的細節(jié)，同時保留關(guān)鍵特征。

16、步驟三中、路徑生成的規(guī)則為，先進行粗加工，再進行精加工；優(yōu)先考慮容易加工的區(qū)域，然后逐步轉(zhuǎn)向復(fù)雜區(qū)域。

17、步驟三中、路徑生成的順序如下，

18、s1，路徑初步生成：系統(tǒng)根據(jù)模型表面生成初步的加工路徑；

19、s2，采用grasshopper下的kuka插件kukaprc，算法上采用切片(slice)的方式，進行等距離切片，以當(dāng)前模型構(gòu)建包圍幾何體(boundingbox)，通過切片方式，在包圍幾何體和當(dāng)前模型體分別切片形成內(nèi)外兩層閉環(huán)曲線，

20、s3，通過將兩段閉環(huán)曲線進行分段切分為數(shù)量相等的分段，將其進行連接形成直線段，

21、s4，將直線段進行等數(shù)量切分形成線段上的點，再將線段上的點互相進行連接形成環(huán)形運動軌跡；

22、s5，將之前生成的環(huán)形軌跡的前后端點提煉，相連形成連續(xù)的切割路徑，由此形成初步路徑。

23、步驟三中、路徑生成時還應(yīng)遵循路徑優(yōu)化，即進給速率優(yōu)化：根據(jù)材料的硬度和紋理方向，調(diào)整進給速率，以平衡加工效率和表面質(zhì)量。

24、步驟二中，還包括將優(yōu)化后的模型進行進一步細分，獲得粗加工模型和細加工過程模型；粗加工的生成過程如下粗加工模型通過切片偏移構(gòu)成，偏移的距離根據(jù)粗加工刀具的尺寸乘以系數(shù)通過將原有模型進行切片形成剖切平面，將剖切平面進行順序連接構(gòu)成粗放的形體，用來做粗放路徑的生成，此時采用的銑削工具可以是尺寸較大的刀具，采用更快的速度進行粗加工。

25、本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提供一種基于六軸機械臂的竹木材料異形結(jié)構(gòu)加工方法，該方法通過合理的路徑規(guī)劃和優(yōu)化算法，確保了竹木材料異形結(jié)構(gòu)加工的高效性和精度，為復(fù)雜結(jié)構(gòu)的制造提供了可靠的技術(shù)支持。