噴漆機器人若干關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、噴漆(或噴涂)機器人是機器人技術(shù)與表面噴漆工藝相結(jié)合的產(chǎn)物,是工業(yè)機器人產(chǎn)品中的一個特殊品種,相對于其他工業(yè)機器人,噴漆機器人在使用中的特殊之處在于末端要求較高速度的軌跡運動,而且必須在整個噴漆區(qū)保持速度均勻；二是工作環(huán)境提出防爆要求；三是它施加于工件的介質(zhì)為半流體狀,因此要求漆、氣管路不得懸于機器人手臂之外,以免破壞已噴涂表面。本文針對噴漆機器人的若干關(guān)鍵技術(shù)問題進行了以下研究： (1)結(jié)合噴漆工藝技術(shù)要求,給出噴漆機器人構(gòu)型

2、設(shè)計的方案。由該方案出發(fā)建立了機器人的運動學(xué)位移方程、速度方程和加速度方程,分別討論了它們的逆解問題。同時,從少自由度機器人速度逆問題求解的需要出發(fā),提出了一種根據(jù)機器人連桿速度遞推公式,應(yīng)用混合遺傳算法來求解機器人速度逆解的新方法,這種方法不需要構(gòu)造速度雅可比矩陣,編程簡單,可在6自由度及少于6個自由度機器人的設(shè)計分析中應(yīng)用。 (2)針對噴漆機器人設(shè)計中的工作空間綜合問題,探討了一種基于任務(wù)進行工作空間綜合的方法,以一個典型任

3、務(wù)空間作為機器人工作空間的子空間,把該子空間上的整體運動最佳靈活性作為目標(biāo)函數(shù),對機器人的運動學(xué)參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計：根據(jù)工程實際中需要確定機器人與工件之間的相對位置的情況,結(jié)合噴漆機器人工作的需求,分析了現(xiàn)有評價機器人整體操作性能的指標(biāo)的不足,提出了一種以平均操作性指標(biāo)η和最差操作性指標(biāo)Dmin相結(jié)合的機器人工作子空間上整體操作性能評價指標(biāo)：η-Dmin指標(biāo),指出了噴漆機器人在任務(wù)空間上進行整體操作性能評價時,應(yīng)該以η和Dmin來聯(lián)合評價

4、,而性能波動性用η-Dmin的值來評價。這一評價指標(biāo)對于確定工件在機器人工作空間中的位置具有重要的意義。 (3)在6R機器人動力學(xué)模型研究的基礎(chǔ)上,提出了一種基于動力學(xué)的機器人機構(gòu)設(shè)計方法,這種方法使得設(shè)計者在每一個桿件設(shè)計完成后都可以得到它對機器人各關(guān)節(jié)的動力學(xué)貢獻,根據(jù)桿件的動力學(xué)貢獻,由設(shè)計者及時進行分析和必要的修改,可以減少設(shè)計工作的反復(fù)。并給出了一種從動力學(xué)角度進行機器人手臂優(yōu)化設(shè)計的方法,為設(shè)計動力學(xué)性能良好的機器人

5、提供一種手段。 (4)針對工程實際中廣泛使用空氣噴涂工藝以及已有的噴槍的模型與實際空氣噴涂生產(chǎn)中噴槍漆霧沉積于工件表面的情形不符的情況,在試驗的基礎(chǔ)上,對空氣噴槍噴漆過程中形成的漆膜厚度的分布規(guī)律進行了研究探討,提出了反映橢圓噴漆區(qū)域內(nèi)漆膜厚度分布的橢圓雙β分布模型,并通過試驗驗證了該模型的正確性。在空氣噴槍新模型的基礎(chǔ)上,針對6自由度噴漆機器人進行六面體表面噴漆作業(yè)時的噴槍路徑,探討了噴涂時噴槍運動軌跡參數(shù)的優(yōu)化方法,并考慮噴

6、槍運動軌跡中的動力學(xué)問題,以尋求一條既能夠保證工件表面噴涂質(zhì)量,又使機器人在作業(yè)中關(guān)節(jié)驅(qū)動電機的負載及能量消耗最小的噴槍移動路徑。優(yōu)化結(jié)果對于噴漆機器人離線編程和示教編程都有一定參考價值。 (5)以一種由兩輪差速驅(qū)動的AGV和一個6自由度的工業(yè)機器人構(gòu)成的可移動操作噴漆的機器人構(gòu)型為研究對象,從動力學(xué)角度出發(fā)討論了其在設(shè)計和應(yīng)用控制中需要注意的問題。主要考慮了作為移動平臺的AGV在運動過程中操作機器人也進行操作動作的情形以及AG

7、V和操作機器人單獨工作的2種情形(情況2是情況1的特例)下,操作機和AGV移動平臺之間的結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)與控制協(xié)調(diào)問題,給出了操作機器人和AGV之間協(xié)調(diào)工作的條件表達式,對設(shè)計和控制這類機器人具有一定參考價值。 (6)針對噴漆機器人運動學(xué)參數(shù)的標(biāo)定問題,結(jié)合D-H修正模型及基于距離的誤差模型思想,分析了獲得不同的末端位姿距離信息(全部的或部分的)時,識別機器人運動學(xué)參數(shù)誤差的可行性,探討了根據(jù)部分末端位姿距離信息,直接運用運動學(xué)方程中的