摘要
在对复杂曲面进行机器人磨削时，串联机器人刚度较低，会导致刀尖发生变形，从而降低表面质量。磨削盘的轴对称性在每个路径点引入了一个自由旋转参数，使得标准六自由度（6-DOF）机器人变成了一个功能上冗余的系统。然而，这种冗余性尚未被系统地用于优化磨削过程中的刚度。本文提出了一种分层动态规划框架，用于优化整个磨削路径上的冗余角度序列。通过运动学变换，可以利用冗余角度来参数化法兰目标，从而在离散化网格上枚举出所有可行的配置方案。在接触点处，定义了一个综合刚度指标，该指标考虑了法向力、进给力和横向进给力分量。分层约束过滤可以剔除违反姿态、奇异性、速度、加速度和刚度约束的配置。随后，利用Viterbi算法找到在刚度性能和关节运动平滑性之间取得平衡的最小成本路径。最后，通过基于三次平滑样条的后处理步骤生成连续的关节运动轨迹。在UR5机器人磨削曲面的仿真测试中，将提出的框架与固定角度策略、贪心算法以及依赖法兰刚度的基准方法进行了对比。结果表明，与固定角度方法和法兰刚度基准方法相比，该方法使综合刚度平均提高了31.7%和17.9%；同时，与贪心算法相比，最大关节跳跃幅度减少了两个数量级。在UR5机器人上的实验验证也证实，平滑后的轨迹可以被准确跟踪，并且刚度阈值得到了保持。多轨迹分析进一步表明，在所有磨削过程中刚度阈值都得到了有效维持。这些结果证明了所提出的框架在具有刀具旋转对称性的机器人磨削任务中对于冗余优化的有效性。
