家具喷涂机械臂轨迹规划与仿真

论文摘要

由于家具喷漆应用的广泛性,为满足目前家具行业的要求,可用喷漆机器人实现家具表面的自动喷涂。自动喷涂过程中,油漆的消耗、喷涂时间,一致的涂层厚度等均与机械臂运动直接相关,适当路径及其它喷涂相关过程参数的选择可大大节约消耗。本文深入研究了喷漆系统中喷枪优化轨迹的求解过程,探讨了喷涂工艺参数的选择,根据家具行业的具体需求,改进了原有方法使其具有喷枪移动速度可控性,能够满足不同的喷涂需求。其主要目的是为了达到较好的喷涂效果,以及提高经济效益和喷涂质量。本文在研究三种漆膜生长速率数学模型的基础上,根据漆膜生长速率与喷枪移动速度的关系,在已有模型中加入了修正参数,通过对该参数值的调整,以获得满足不同喷枪移动速度要求的漆膜生长速率模型,提高了求解精度,使生成的轨迹更加符合实际应用。针对家具喷涂工艺的特点,给出了适合家具表面的喷枪轨迹的设计方法和具体过程,实现了平面和自由曲面上的轨迹优化与仿真。文中提出的优化喷涂方法既没有对喷漆系统也没有对待涂工件进行限制,具有普遍意义。研究了机器人的位姿及运动学问题,利用参数变换方法,给出了机械臂的具体参数,为建立机械臂模型和喷漆机械臂运动仿真提供了依据。根据所得喷枪轨迹的优化方法,利用Matlab实现了机械臂在三维空间的运动仿真,直观地体现了喷涂过程中利用本文优化方法达到的喷涂效果和机械臂运动的合理性,验证了文中所给方法的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外的发展现状
• 1.2.1 工业机器人运动学系统的研究现状
• 1.2.2 喷漆机器人研究现状
• 1.3 轨迹规划的意义
• 1.4 论文主要内容
• 1.4.1 论文主要研究内容
• 1.4.2 论文组成
• 2 机械臂模型的建立
• 2.1 关节型机器人的位姿分析
• 2.1.1 关节型机器人的末端坐标系
• 2.1.2 关节型机器人的广义连杆变换齐次矩阵
• 2.2 喷漆机械臂运动方程
• 2.2.1 喷漆机械臂运动分析
• 2.2.2 喷漆机械臂运动反解
• 2.3 机械臂参数设计
• 2.4 本章小结
• 3 优化原理与算法
• 3.1 最优化设计理论
• 3.2 约束优化问题中的乘子罚函数法
• 3.3 黄金分割法
• 3.4 多目标优化的基本理论与方法
• 3.5 本章小结
• 4 喷枪优化轨迹设计
• 4.1 一些具体数学模型的建立
• 4.1.1 喷枪轨迹数学模型
• 4.1.2 漆膜生长速率数学模型
• 4.2 平面上喷枪轨迹求解
• 4.2.1 喷枪优化轨迹设计问题的目标
• 4.2.2 一种基于平面的轨迹生成方法
• 4.3 自由表面上轨迹求解过程
• 4.3.1 自有表面上路径形成过程
• 4.3.2 自有表面上路径优化分析
• 4.4 本章小结
• 5 机械臂优化轨迹仿真
• 5.1 Matlab工具箱介绍及优化设计流程
• 5.2 仿真
• 5.2.1 平面上的优化仿真分析
• 5.2.2 相交平面上的优化仿真分析
• 5.2.3 自由表面上的优化仿真分析
• 5.2.4 机械手在Matlab中仿真
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢