切割是软性材料加工工艺的重要内容之一,目前较为成熟的平面机械切割技术已经无法满足越来越多的三维(3D)切割需求。为此,本文将机器人技术引入软性材料切割领域,研究了可用于软性材料3D切割的机器入系统。本文在对现有机器人切割技术以及软性材料平面切割方法调研的基础上,以史陶比尔TX90机器人为研究对象,对软性材料3D机器人进行了建模和仿真分析。(1)研究了切割刀具的种类和功能,对不同性质的刀具分析了其可切割材料的类型。在此基础上,设计了软性材料3D切割机器人的相关机械系统,具体包括刀具夹持装置和拾放料装置。其中刀具夹持装置可实现刀具的快速自动更换,拾放料装置可使机器人完成工件在上下工位的取放。(2)对3D切割机器人运动学进行分析和建模,通过建立机器人连杆坐标系,采用D-H参数方法建立了机器人运动学模型,并对其进行求解,分析机器人提高精度的方法。同时,研究软性材料切割过程中刀具的受力情况,在分析直刀切割受力的基础上,提出了在刀刃具有倾斜时切割材料的受力计算方法,并通过仿真对结果进行了分析。(3)对3D切割机器人工作过程中的运动轨迹进行了规划。分析笛卡尔空间的直线规划方法,研究了带抛物线过渡的线性插值方法在空间直线规划时的应用,并进行了仿真分析。同时,对圆弧规划方法,以及关节空间的五次多项式轨迹规划方法和经过多点的带抛物线过渡的规划方法进行了研究和仿真分析。(4)通过SolidWorks和MATLAB软件对软性材料3D切割机器人系统进行了仿真验证。分别采用RobotWorks和Robotics Toolbox插件,完成机器人3D切割过程的模拟分析,并对运动时各关节状态进行了仿真验证。