靜電噴涂機(jī)器人軌跡優(yōu)化與仿真技術(shù)研究.pdf

1、噴涂機(jī)器人是一種非常重要的先進(jìn)涂裝生產(chǎn)裝備，在國內(nèi)外被廣泛應(yīng)用于汽車等產(chǎn)品的涂裝生產(chǎn)線。在靜電噴涂技術(shù)出現(xiàn)以前，非靜電噴涂的涂料轉(zhuǎn)移率低，不僅增加成本，而且嚴(yán)重污染環(huán)境。隨著靜電噴涂技術(shù)的出現(xiàn)，涂料轉(zhuǎn)移率達(dá)到80％以上。機(jī)器人靜電噴涂技術(shù)是汽車等工業(yè)產(chǎn)品噴涂工藝的新潮流。新的噴涂建模分析和高性能噴涂機(jī)器人軌跡優(yōu)化算法、控制策略的研究一直是國內(nèi)外學(xué)者們關(guān)注的熱點(diǎn)。本課題來源于國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目——《靜電噴涂機(jī)器人變量噴涂軌跡優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)

2、研究》。
　　 本文以靜電噴涂機(jī)器人軌跡優(yōu)化和可視化仿真為研究內(nèi)容，主要完成以下工作：
　　 第一部分介紹了機(jī)器人的發(fā)展進(jìn)程、靜電噴涂機(jī)器人軌跡優(yōu)化的研究背景和意義、噴涂機(jī)器人離線編程系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)、離線編程系統(tǒng)各模塊間的相互關(guān)系以及本文做的主要工作。
　　 第二部分研究了靜電噴涂工藝和霧化機(jī)理。系統(tǒng)地闡述了靜電噴涂的工藝原理、流程和特點(diǎn)，給出了靜電噴涂工藝的原理圖和流程圖。在此基礎(chǔ)上從高壓靜電場的形成、電暈放電和

3、靜電霧化三個(gè)方面著手分析了靜電霧化機(jī)理，得出通過增大高壓靜電場的電壓或減少噴槍與被涂工件的距離，可使涂料微粒受到更大的電場力，充分霧化，提高涂著效率，有利于靜電噴涂的結(jié)論。并給出了實(shí)際操作中靜電高壓的選擇范圍以及涂料涂著效率和電壓之間的非線性關(guān)系。
　　 第三部分研究了優(yōu)化算法和噴槍軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過分析擬牛頓法及其改進(jìn)算法的原理，給出算法實(shí)現(xiàn)的迭代步驟，為靜電噴涂機(jī)器人軌跡優(yōu)化做好數(shù)學(xué)理論準(zhǔn)備。并以涂層厚度和工件表面涂層均勻度

4、為指標(biāo)要求，提出噴槍軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)問題，確定了噴槍軌跡優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型，建立評(píng)價(jià)噴涂效果的目標(biāo)函數(shù)。采用目標(biāo)函數(shù)的差分替代其梯度的差分?jǐn)M牛頓法，并利用乘子罰函數(shù)將有約束優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為無約束優(yōu)化問題，從而求解沿指定空間路徑的噴槍軌跡優(yōu)化問題。
　　 第四部分針對(duì)噴涂機(jī)器人噴槍軌跡優(yōu)化研究中，采用數(shù)值仿真方法，數(shù)據(jù)復(fù)雜造成可視化分析涂層分布難度較大的問題。通過建立噴涂數(shù)學(xué)模型和優(yōu)化算法，在Visual C++6.0程序界面中利用Open