实验室针对金属零件表面强化、残余应力消除及曲面成形校形等工程问题，与超声团队合作，在研制超声波校形装置的基础上，结合先进机器人布局优化、运动学标定等技术开发了机器人化超声喷丸校形系统，填补国内超声波冲击处理智能化装备空白，为航空航天、汽车工业、精密模具等领域关键零部件高效高质量加工提供技术支撑。项目突破了以下关键技术：

       机器人化超声喷丸校形系统布局优化：通过建立KUKA KR60-3机器人的运动学模型分析了机器人的工作空间与奇异位形，结合机器人动力学和轨迹规划建立系统的能耗模型进行布局优化，得到机器人运动能耗最优的系统硬件布局，并通过KUKA Sim Pro验证了系统布局的空间可达性与灵活性，为后续硬件集成奠定基础。

       机器人化超声喷丸校形系统硬件集成：依据系统自动化加工流程设计了系统闭环运行框图，并将系统按照设备承担的功能进行模块化—工件形貌测量模块、加工区域判定模块以及机器人运动控制模块，以PC上位机作为机器人与外围设备的通信桥梁，通过Compact RIO控制器实现机器人与外围设备协同控制，最后基于系统布局完成硬件集成。

       机器人化超声喷丸校形系统软件开发：在LabVIEW开发环境下，采用队列消息状态机架构设计了系统软件，与系统硬件相对应地包含工件形貌测量程序、加工区域判定程序以及机器人控制程序等模块化功能，突破了现有机器人控制软件对非专用外围设备兼容性差的关键技术问题，同时融合二维激光等关键传感器信息，使得该系统具备工件测量与工件校形的功能，形成系统闭环控制。

       工件高精度形貌检测与三维重建：针对工件台难以精确安装的难题，通过建立工件台转动轴线与激光头运动轴线之间的位姿关系，完成工件台与激光云台之间的互标定，补偿修正点云误差，精确实现点云数据的拼接；从而实现工件三维形貌的准确重建，为工件重建模型与数模的匹配及喷丸校形区域判定打下基础。

       初步实验结果表明，机器人化超声喷丸校形系统可实现工件形状误差检测精度±0.1mm，最大校形壁厚20mm，处理后表面粗糙度低于Ra1.6。

机器人化超声喷丸校形系统

系统软件及形貌检测