噴漆機(jī)器人若干關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、噴漆(或噴涂)機(jī)器人是機(jī)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(jī)器人產(chǎn)品中的一個(gè)特殊品種,相對(duì)于其他工業(yè)機(jī)器人,噴漆機(jī)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(yùn)動(dòng),而且必須在整個(gè)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(jī)器人手臂之外,以免破壞已噴涂表面。本文針對(duì)噴漆機(jī)器人的若干關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行了以下研究： (1)結(jié)合噴漆工藝技術(shù)要求,給出噴漆機(jī)器人構(gòu)型

2、設(shè)計(jì)的方案。由該方案出發(fā)建立了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)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(shí),從少自由度機(jī)器人速度逆問題求解的需要出發(fā),提出了一種根據(jù)機(jī)器人連桿速度遞推公式,應(yīng)用混合遺傳算法來求解機(jī)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(jiǎn)單,可在6自由度及少于6個(gè)自由度機(jī)器人的設(shè)計(jì)分析中應(yīng)用。 (2)針對(duì)噴漆機(jī)器人設(shè)計(jì)中的工作空間綜合問題,探討了一種基于任務(wù)進(jìn)行工作空間綜合的方法,以一個(gè)典型任

3、務(wù)空間作為機(jī)器人工作空間的子空間,把該子空間上的整體運(yùn)動(dòng)最佳靈活性作為目標(biāo)函數(shù),對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)：根據(jù)工程實(shí)際中需要確定機(jī)器人與工件之間的相對(duì)位置的情況,結(jié)合噴漆機(jī)器人工作的需求,分析了現(xiàn)有評(píng)價(jià)機(jī)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(jī)器人工作子空間上整體操作性能評(píng)價(jià)指標(biāo)：η-Dmin指標(biāo),指出了噴漆機(jī)器人在任務(wù)空間上進(jìn)行整體操作性能評(píng)價(jià)時(shí),應(yīng)該以η和Dmin來聯(lián)合評(píng)價(jià)

4、,而性能波動(dòng)性用η-Dmin的值來評(píng)價(jià)。這一評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)于確定工件在機(jī)器人工作空間中的位置具有重要的意義。 (3)在6R機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型研究的基礎(chǔ)上,提出了一種基于動(dòng)力學(xué)的機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法,這種方法使得設(shè)計(jì)者在每一個(gè)桿件設(shè)計(jì)完成后都可以得到它對(duì)機(jī)器人各關(guān)節(jié)的動(dòng)力學(xué)貢獻(xiàn),根據(jù)桿件的動(dòng)力學(xué)貢獻(xiàn),由設(shè)計(jì)者及時(shí)進(jìn)行分析和必要的修改,可以減少設(shè)計(jì)工作的反復(fù)。并給出了一種從動(dòng)力學(xué)角度進(jìn)行機(jī)器人手臂優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法,為設(shè)計(jì)動(dòng)力學(xué)性能良好的機(jī)器人

5、提供一種手段。 (4)針對(duì)工程實(shí)際中廣泛使用空氣噴涂工藝以及已有的噴槍的模型與實(shí)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(yàn)的基礎(chǔ)上,對(duì)空氣噴槍噴漆過程中形成的漆膜厚度的分布規(guī)律進(jìn)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(yàn)驗(yàn)證了該模型的正確性。在空氣噴槍新模型的基礎(chǔ)上,針對(duì)6自由度噴漆機(jī)器人進(jìn)行六面體表面噴漆作業(yè)時(shí)的噴槍路徑,探討了噴涂時(shí)噴槍運(yùn)動(dòng)軌跡參數(shù)的優(yōu)化方法,并考慮噴

6、槍運(yùn)動(dòng)軌跡中的動(dòng)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(jī)器人在作業(yè)中關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的負(fù)載及能量消耗最小的噴槍移動(dòng)路徑。優(yōu)化結(jié)果對(duì)于噴漆機(jī)器人離線編程和示教編程都有一定參考價(jià)值。 (5)以一種由兩輪差速驅(qū)動(dòng)的AGV和一個(gè)6自由度的工業(yè)機(jī)器人構(gòu)成的可移動(dòng)操作噴漆的機(jī)器人構(gòu)型為研究對(duì)象,從動(dòng)力學(xué)角度出發(fā)討論了其在設(shè)計(jì)和應(yīng)用控制中需要注意的問題。主要考慮了作為移動(dòng)平臺(tái)的AGV在運(yùn)動(dòng)過程中操作機(jī)器人也進(jìn)行操作動(dòng)作的情形以及AG

7、V和操作機(jī)器人單獨(dú)工作的2種情形(情況2是情況1的特例)下,操作機(jī)和AGV移動(dòng)平臺(tái)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(jī)器人和AGV之間協(xié)調(diào)工作的條件表達(dá)式,對(duì)設(shè)計(jì)和控制這類機(jī)器人具有一定參考價(jià)值。 (6)針對(duì)噴漆機(jī)器人運(yùn)動(dòng)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(shí),識(shí)別機(jī)器人運(yùn)動(dòng)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(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)方程中的