机器人喷涂曲面涂层生长模型及均匀性分析

针对以航空发动机风扇叶片燕尾基座为代表的曲面工件喷涂问题,以提高涂层的均匀性为目标,提出一种基于曲面涂层生长模型的均匀性分析方法.在喷枪涂层模型的基础上,建立曲面涂层生长模型,采用厚度平均相对偏差作为涂层均匀性的评价指标,推导出厚度平均相对偏差与初始行程、重叠宽度和工件长度、曲率半径之间复杂的非线性关系.通过计算及仿真分析可知,重叠宽度和曲率半径是影响厚度平均相对偏差和涂层均匀性的关键因素,表明了该曲面涂层生长模型的正确性及涂层均匀分析方法的合理有效性,为喷涂轨迹优化和提高机器人喷涂的均匀性提供了理论基础.     

基于激光测距传感器的机器人末端定位扫描装置设计

为实现变截面复杂管道内壁喷涂机器人的定位、喷涂目标模型重建和喷涂轨迹规划功能,设计了末端激光定位扫描装置,描述了该装置传感器的选型、扫描头机构设计和相应的数学模型,并着重阐述了喷涂管道内截面自动扫描的流程以及测量路径规划算法的实现。实验证明,该设计实现了一类超常规尺寸喷涂目标在喷涂机器人坐标系中的数模重建功能,解决了逐点示教无法完成复杂内表面喷涂轨迹规划的问题。     

基于检测状态模型的飞机结构件在线检测路径规划

针对飞机结构件在线检测路径规划中零件工艺模型伴随加工过程动态变化、检测工艺复杂的难点,提出了基于检测状态模型的飞机结构件在线检测路径规划方法。检测状态模型以特征为载体,以干涉特征和虚路径表达干涉规避、路径优化等知识和经验,并随着加工过程动态扩充。基于检测状态模型,按照检测操作级、检测特征级、特征自身级三级实现了在线检测路径规划。根据以上研究,基于CATIA V5开发的在线检测数据自动生成系统已在某大型航空企业中得到成功应用。     

基于改进OMP算法的喷涂机器人轨迹规划研究

为实现CAD模型未知情况下的喷涂机器人自动轨迹规划,提出了一种基于工件三维点云直接生成喷涂轨迹的方法,并使用改进的正交匹配追踪(Orthogonal Matching Pursuit,OMP)算法进行轨迹优化.首先,将理想涂层厚度函数视作原始信号,通过引入信赖域反射算法解决了投影系数的约束问题,应用OMP算法进行涂层厚度重建,并求出每条喷涂轨迹的位置和喷枪速率.然后,对预处理后的点云模型应用轨迹生成算法得到工件表面的喷涂轨迹,通过坐标变换和姿态解算生成机器人喷涂轨迹.最后,对扫描获取的待喷涂曲面使用上述方法进行仿真.仿真结果显示,重建涂层厚度误差为4.28％,满足均匀性要求,喷涂时间显著缩短,表明所提出的轨迹规划和优化方法是可行的.     

基于Z-map理论的喷枪轨迹生成方法

喷漆机器人作为一种先进的涂装生产设备已广泛应用于产品内外表面的喷涂,由于现代工业产品外形相当复杂,如何实现涂层均匀化变得极为重要。基于Z-map理论,在自由曲面CAD模型的基础上,将自由曲面三角网格化得到多面体模型,然后利用Z-map方法实现了等距喷涂情况下喷涂节点的坐标及其法向量的提取,将喷涂节点插补优化后连接为喷枪的喷涂轨迹,从而实现了自动生成自由曲面上喷枪轨迹。最后,以一汽车CAD模型为例生成了机器人喷涂轨迹。     

空间内表面喷涂的9轴机器人系统轨迹规划方法

针对复杂空间内表面的喷涂作业问题,提出了一种适用于9轴机器人系统的喷枪轨迹规划方法。为实现工件内表面的自动化喷涂作业,在6轴工业机器人基础上引入3轴转台形成9轴机器人喷涂系统。为解决在该系统下如何生成3轴转台与机器人联动的喷枪轨迹这一难点问题,基于机器人离线编程软件进行了二次开发;并以涂层厚度方差最小为目标,给出了确定喷枪轨迹间距这一影响喷涂效果关键参数的方法。将上述轨迹规划方法应用于尾筒型工件,针对工件内表面的几何特征对喷涂高度和喷枪速率进行了优化。仿真结果表明工件内表面涂层厚度和均匀度均能满足要求,说明所提出的喷枪轨迹规划和优化方法是合理的。     

基于遗传算法的双层喷涂自动轨迹规划

针对表面喷涂技术的涂层均匀性问题,在椭圆双β模型的基础上,运用微分投影法,建立了一个考虑喷涂距离的立体涂层累积速率模型,并提出一种双层喷涂自动轨迹规划方法。该方法以第一层喷涂的重叠宽度,喷涂速度和第二层喷涂的喷涂距离、喷涂速度为变量,以喷涂后各点厚度值与理想值的方差为目标函数进行优化,并采用遗传算法进行求解。通过在平面以及圆柱面上的仿真分析,证明了双层喷涂相比于单层喷涂在喷涂均匀性上的提升。通过喷涂实验,验证了该方法的可行性和有效性。     

基于PLC及步进电机控制的自动喷涂机

介绍了一套基于PLC及步进电机控制的自动喷涂机.该系统基于西门子PLC和步进电机位置控制器控制,使用西门子操作员面板为人机界面,实现了发动机内壁涂层的自动喷涂,改善了涂层的均匀性,提高了工作效率,避免了挥发性气体对操作人员的身体伤害.     

面向多联体叶片的机器人喷涂无干涉路径规划

多联体叶片存在曲面复杂、叶片间距小等结构特点。等离子喷涂为铸造多联体叶片的重要工序,可使叶片表面强化与改性,其喷涂质量直接决定叶片的成品率与性能。现有的机器人等离子喷涂的路径生成主要依靠手动示教,而喷涂过程中的喷涂距离与喷涂夹角无法量化导致喷涂质量不均且示教方法繁琐、效率低。基于此,提出一种面向多联体叶片的工业机器人等离子喷涂无干涉路径生成及光顺方法。首先,根据CAD模型,将多联体叶片型面转为非均匀有理B样条(NURBS)曲面,利用NURBS曲面解析特性,生成约束喷涂行距与喷涂叶片边缘距离的初始路径点;然后将喷涂焰流简化为方向包围盒,将干涉曲面转为三角面片,采用基于分离轴检测的方法进行碰撞干涉检测,生成考虑最小喷涂倾角约束的喷涂姿态。采用基于球面样条四元数插值变步长姿态优化方法进行姿态光顺,生成无干涉且路径光顺的喷涂路径。经过仿真与实验验证,提出干涉避免算法能有效避免喷涂过程中的干涉现象。对比未光顺路径,所提出算法机器人运行效率提高52.6%,机器人振动下降,运行更加平稳,其中关节加速度最大下降55.8%,最小下降2.9%,末端瞬时加速度最大下降39.6%,最小下降14.4%。     

船舱狭窄封闭空间喷涂机器人结构设计与自动喷涂流程

船舱喷涂作业空间封闭、自动化实施难度大，目前仍采用人工作业方式。在复杂的船舱环境中，人工作业难度大、效率低，涂料对健康危害高，亟需机器人代替人工进行作业，提高船舶企业喷涂自动化水平。针对船舱喷涂作业，设计了一种三级伸缩臂架结构的封闭结构面全覆盖的喷涂机器人系统，能够通过狭窄舱门进入船舱内部空间，实现多面多角度的自动喷涂作业，结构稳定、喷点精度高。针对喷涂作业自动化需求，开展了自动喷涂流程设计。通过分析喷涂工艺和机器人可达性进行喷涂路径规划和喷涂流程设计。为了验证设计的可行性，开展了喷涂工艺试验、喷涂轨迹和作业流程仿真。仿真和试验结果表明，文中设计的船舱喷涂作业机器人和自动作业流程是可行的。     

面向球面的喷涂机器人经线喷涂轨迹优化

针对复杂自由曲面喷涂轨迹优化中出现的球面喷涂轨迹优化问题,根据喷涂实验得到了涂层生长速率模型,基于曲面上用测地线规划喷枪轨迹的优点,采用球面上的经线规划球面的喷枪轨迹,基于经线规划喷枪轨迹的特点,我们运用改变喷枪喷射高度的方法来保证涂层的均匀性,根据许用喷射高度范围,运用bounding-box法对球面进行分片规划处理,并给出了喷枪轨迹的生成方法,重点讨论了每片上的涂层厚度计算方法和相关参数的优化问题,最后通过仿真实验证明该方法可有效地保证涂层的均匀性,并给出了喷枪速率与轨迹间距及喷炬半径的关系.     

面向飞机蒙皮的机器人喷涂轨迹规划

针对飞机蒙皮在线示教编程效率低、轨迹精度差及适用范围有限等问题,基于双目视觉三维扫描及CAD/CAM领域的加工模拟功能,提出一种根据三维模型的加工轨迹生成工业机器人喷涂轨迹的离线编程方法,为解决模型未知的复杂自由曲面喷涂问题提供了新思路。通过三维扫描获取飞机蒙皮表面点云并处理得到其三维模型,结合喷漆工艺,在Unigraphics加工模块中对三维模型加工轨迹进行参数化编程,提取轨迹点并调整喷枪姿态生成机器人喷涂路径;以飞机蒙皮为例进行喷涂仿真。结果表明:该离线编程方法的编程效率、轨迹精度明显优于在线示教编程;该编程方法对其他自由曲面同样具有适用性。     

基于OpenGL的喷涂机器人喷枪轨迹优化仿真

针对喷涂机器人喷枪轨迹优化研究中,采用数值仿真方法,数据复杂造成可视化分析涂层分布难度较大的问题.通过对涂层累积速率数学模型和喷枪轨迹设计的基本理论分析,在Visual C++6.0程序界面中利用OpenGL,实现图形化显示喷枪沿某一指定路径喷涂时工件表面的涂层覆盖情况,并以不同色彩的方式显示出油漆的空间分布,取得了良好的实验效果.     

回转体自动喷涂工作站的研制

制造业中,回转体是极为常见的产品类型,这些产品外表面均需喷涂功能涂料、保温材料等涂层,这些涂层的质量对产品性能有着重要影响。采用自动喷涂系统进行喷涂,是保障喷涂质量的主要手段。介绍了一种针对回转体工件的机器人自动喷涂系统,详细讲述了系统构成,重点介绍了控制系统。     

叶片复杂曲面的机器人抛磨工艺规划

为了实现复杂曲面工件的智能抛磨加工,对叶片复杂曲面进行机器人抛磨工艺规划。对抛磨点位置规划算法和基于最大接触原则的抛磨姿态规划算法进行了研究。首先,通过平行截面法获得抛磨路径割线,以非均匀有理B样条(NURBS)曲线描述。接着,提取曲线特征参数,根据设定的阈值进行抛磨点规划,再基于抛磨轮与工件的最大接触原则进行抛磨点姿态规划,从而得到完整的抛磨路径。然后,将工件位姿从工件坐标系转换到TCP坐标系。最后,搭建了柔性抛磨系统仿真平台生成机器人控制程序。实验结果表明,此方法规划的路径可用于叶片复杂曲面的机器人抛磨加工。分别用本文规划所得路径和CAM软件规划所得路径对叶片进行抛磨加工,测得表面粗糙度分别为0.695~0.930μm和2.803~3.243μm。本文提出的抛磨位姿规划方法可用于复杂曲面工件的抛磨路径规划,使工具和工件保持最大接触,从而避免了位姿不合理所产生的过抛和欠抛。     

面向复杂曲面的机器人砂带磨抛路径规划及后处理研究

针对机器人砂带磨抛复杂曲面叶片问题,对叶片内外型面和进排气边的磨抛路径规划及后处理技术进行了研究,对复杂曲面叶片的机器人砂带磨抛路径规划的计算效率及加工效率进行了分析,提出了一种将基于等残留高度法的笛卡尔空间计算的磨抛行距转化为参数域空间的磨抛行距的方法,并将机器人砂带磨抛复杂曲面叶片接触轮的中心坐标位置、支撑轴矢量以及轴线矢量数据后处理为机器人的位姿信息,利用机器人砂带磨抛系统装备实验平台对复杂曲面叶片进行了实际的加工实验。研究结果表明:所提出的刀路规划和后处理技术能够有效地解决机器人砂带磨抛复杂曲面叶片的问题,具有加工路径总长短以及路径条数少的特点,计算简单、加工效率高、加工表面质量好。     

飞机表面清洗机器人运动学建模和三维仿真研究

利用DH方法建立了飞机表面清洗机器人工作装置的运动学模型,以VisualC 为设计语言,利用OpenGL对机器人自动轨迹规划进行了的三维仿真。实现了机器人对线、面区域的自动规划的目标,并可以通过手控和自动控制实现对机器人进行控制。     

一种喷涂机器人手腕机构的设计

由于汽车覆盖件表面形状复杂,其法线方向千变万化,为了能实现良好的喷涂效果、得到厚度均匀的涂层,喷枪必须跟随法线方向变化保持高速高效运动,保证喷枪在任何时候都垂直于喷涂表面,设计了一种用于喷涂机器人的手腕机构。该双平行四边形手腕机构很好的实现上述这些功能,并对其进行了理论分析和运动仿真验证了该的结构合理性及运动平稳性。提出了喷涂误差分析模型,进行了喷涂模拟,验证了该评判标准的正确性。     

架空电力线绝缘漆自动喷涂行走机器人设计

目前的架空电力线采用人工喷涂的方式,存在着效率低、速度慢、喷涂绝缘层不均匀等缺陷,现设计能够在高空行走并对架空电力线实现自动喷涂绝缘漆的机器人。该机器人以PLC为控制核心,通过无线传输与地面HMI通信,能够在架空电力线上自动行走,采用模糊控制策略调节机器人行走速度和绝缘漆喷涂量,实现特定厚度的绝缘漆自动喷涂作业。该系统已成功应用于广西电力电网系统,通过运行发现该系统设计合理、运行可靠、喷涂均匀,在自动喷涂过程中实现了全自动化和智能化。     

高压电气设备PRTV自动喷涂机器人设计

为解决人工PRTV喷涂高压电气设备表面效率低和危险性大等问题,将欠驱动灵巧手技术应用到高压电气设备表面攀爬中。基于此,研究了机器人的攀爬机构、腿部收缩机构以及PRTV喷涂机构,设计了专用于高压电气设备瓷瓶表面的PRTV自动喷涂机器人。利用三维软件建立机器人的详细模型,并通过理论计算和仿真验证了设计的合理性,解决了高压电气设备污闪现象,提高了电力设备的稳定性。