面向復(fù)雜自由曲面的噴涂機(jī)器人作業(yè)規(guī)劃方法研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、本論文課題以“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造設(shè)備”國(guó)家重大科技專項(xiàng)“15kg噴涂機(jī)器人成套裝備，，項(xiàng)目為背景，研究并實(shí)現(xiàn)面向復(fù)雜曲面的噴涂機(jī)器人作業(yè)規(guī)劃方法。
　　由于復(fù)雜自由曲面表面特征不同于一般的平面與拉伸曲面，本文研究并實(shí)現(xiàn)一種新的方法來(lái)解決復(fù)雜曲面上的噴涂機(jī)器人作業(yè)規(guī)劃問(wèn)題，該方法分為三個(gè)部分:曲面分片、子片噴涂路徑規(guī)劃和子片連接。
　　復(fù)雜自由曲面幾何特征（形狀、曲率等）和拓?fù)涮卣鳎锥吹龋?fù)雜，這些都增加了噴涂路徑規(guī)劃的

2、難度。因此本文首先分析曲面上的拓?fù)涮卣骱蛶缀翁卣?，然后?duì)曲面分片，將復(fù)雜自由曲面分割為若干具有簡(jiǎn)單拓?fù)涮卣髋c幾何特征的簡(jiǎn)單子曲面。對(duì)于曲面上有孔洞等情形，采用投影法，對(duì)曲面進(jìn)行拓?fù)浞制?，把曲面分成幾個(gè)獨(dú)立的子片，每一片上不包含孔洞;對(duì)于包含圓孔這樣的特殊工件，本文通過(guò)選取兩個(gè)特殊平面將曲面分割成幾個(gè)獨(dú)立的子片，進(jìn)行拓?fù)浞制?。其次每一分片上可能曲率變化大，通過(guò)設(shè)置相鄰角閾值和最大背離角，對(duì)其進(jìn)行幾何分片，使得每一分片上的曲率接近，變化不大

3、。
　　曲面分片之后，通常每一子片并不是平面，其曲率在各方向上都可能變化，為此，針對(duì)復(fù)雜曲面論文研究并實(shí)現(xiàn)了一種基于種子曲線、變速變間距的噴涂路徑規(guī)劃方法以進(jìn)一步提高噴涂效果。首先確定曲面上一條曲線作為種子曲線，以該種子曲線作為基準(zhǔn)線，平移得到曲面上所有噴涂行程。種子曲線選擇的原則是，規(guī)劃好之后曲面上的行程盡量少，而且行程之間不會(huì)相交。然后，將每一行程分段，每一段上速度不同，通過(guò)對(duì)分段速度優(yōu)化，使得行程方向涂層累積速率近似不變。再

4、對(duì)行程間距優(yōu)化，考慮到多條行程對(duì)同一點(diǎn)膜厚會(huì)產(chǎn)生影響，這里同時(shí)對(duì)4條行程優(yōu)化，提高噴涂規(guī)劃準(zhǔn)確性。由于速度優(yōu)化與間距優(yōu)化，都是針對(duì)多變量的，采用BOBYQA優(yōu)化方法，得到所有行程間距以及每一條行程上的分段速度，進(jìn)而得到子片上的噴槍路徑。
　　在子片噴槍路徑規(guī)劃的基礎(chǔ)上，為了獲得完整的噴槍路徑，需要將這些獨(dú)立的子片路徑連接起來(lái)，經(jīng)過(guò)所有子片上的噴槍路徑，并且行進(jìn)的路徑最短。本文將子片路徑連接問(wèn)題建模為廣義TSP問(wèn)題模型，采用蟻群算法

5、來(lái)得到優(yōu)化解，進(jìn)而連接子片噴槍路徑間的起點(diǎn)與終點(diǎn)，形成一條完整的噴槍路徑，并生成中間語(yǔ)言程序。蟻群算法與之前采用的啟發(fā)式搜索算法如遺傳算法相比，收斂速度更快，而且排序優(yōu)化結(jié)果更好即連接路徑的長(zhǎng)度更短，這些優(yōu)勢(shì)在子片噴涂路徑數(shù)量增加時(shí)更明顯。最后針對(duì)典型工件，仿真驗(yàn)證噴涂路徑規(guī)劃與參數(shù)優(yōu)化的噴涂結(jié)果。
　　本文完成了面向復(fù)雜自由曲面的噴涂機(jī)器人作業(yè)規(guī)劃方法研究與實(shí)現(xiàn)，該方法能夠針對(duì)復(fù)雜自由曲面，規(guī)劃出噴槍路徑，經(jīng)噴涂作業(yè)規(guī)劃系統(tǒng)仿真