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浙江大學(xué)沈洪垚團(tuán)隊(duì):基于多機(jī)器人協(xié)作技術(shù)的大幅面增材制造研究

3D打印前沿
2021
03/29
09:28
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評(píng)論
本帖最后由 小軟熊 于 2021-3-29 09:37 編輯

供稿人:馬浩宇 李滌塵 供
稿單位:西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

大幅面增材制造是3D打印技術(shù)的自然延伸,以往增材制造受到3D打印機(jī)的腔室體積限制,無法成型較大尺寸的零件,而按比例擴(kuò)大打印機(jī)尺寸既昂貴又耗時(shí),且無法同時(shí)優(yōu)化打印精度及打印效率,因此,采用具有一組多噴頭的協(xié)同3D打印技術(shù)有很大的發(fā)展空間。

在多噴頭協(xié)同打印領(lǐng)域,浙江大學(xué)沈洪垚團(tuán)隊(duì)已初步實(shí)現(xiàn)通用化較強(qiáng)、兼具打印精度及打印效率的協(xié)同3D打印技術(shù)。設(shè)計(jì)了多機(jī)器人協(xié)同打印系統(tǒng),包括實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建、整個(gè)系統(tǒng)的打印處理及機(jī)器人的放置位置研究;提出了一種基于效率最優(yōu)化的區(qū)域分割算法,合理地分配了各噴頭的打印區(qū)域,實(shí)現(xiàn)了打印效率均分;對(duì)于多噴頭的打印順序,合理分配了各噴頭的打印任務(wù),實(shí)現(xiàn)了無碰撞打印,成功避免了機(jī)器人間的相互干擾;進(jìn)行了多機(jī)器人的3D打印實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,論證了此方案的高效率優(yōu)勢(shì)。

如圖1所示,通過幾何輪廓識(shí)別及分割,結(jié)合模擬退火算法,尋找最優(yōu)分割點(diǎn),實(shí)現(xiàn)了打印區(qū)域的最優(yōu)分割,與之前研究提出的路徑調(diào)度算法相比,基于模擬退火算法的分割算法更簡(jiǎn)單通用,在路徑分割及調(diào)度過程中不涉及避免干擾的問題。

進(jìn)一步將打印區(qū)域進(jìn)一步劃分為安全區(qū)及干涉區(qū),并保證同一時(shí)間僅有一個(gè)機(jī)械手在干涉區(qū)內(nèi)進(jìn)行打印,如圖2所示,為打印頭的打印順序規(guī)劃,不斷切換機(jī)械手在兩類區(qū)域的打印,直到完成所有打印任務(wù),成功消除了打印頭碰撞的可能性,并充分利用了打印頭的效率。

圖1 打印區(qū)域兩次劃分
圖2 打印順序規(guī)劃
針對(duì)以上算法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,通過比較協(xié)作打印和獨(dú)立打印之間的打印時(shí)間差異,可以發(fā)現(xiàn)多機(jī)器人系統(tǒng)以幾乎四倍的效率實(shí)現(xiàn)了相同的打印任務(wù)。結(jié)果表明,分配打印作業(yè)時(shí),每個(gè)機(jī)器人的工作量幾乎可以保持一致。主要影響因素是分割區(qū)域和分割線上輔助路徑的偏差。

參考文獻(xiàn):
Hongyao Shen, Lingnan Pan, Jun Qian. Research on large-scale additive manufacturing based on multi-robot collaboration technology. 2019, 30


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