面向直纹组合曲面的喷涂机器人喷枪轨迹优化与算法

针对复杂自由曲面中直纹组合曲面上喷涂机器人喷枪轨迹优化及轨迹连接问题,基于曲面面片造型与智能算法理论,建立了喷枪轨迹优化数学模型,提出一种满足直纹曲面上喷枪轨迹首尾衔接的算法程序。首先,通过曲面特征定义直纹曲面,并对直纹曲面造型处理后建立复合喷涂直纹圆弧面片的喷枪数学模型;其次,选择直纹组合面片交界处的喷枪轨迹为优化对象,依据该模型对直纹曲面及直纹组合面片上的喷枪轨迹进行优化,验证了该模型的有效性;最后,依据轨迹优化模型,设计算法程序并通过仿真实验,验证了该算法程序的可行性与优越性,实现了对直纹组合曲面的连续性喷涂。     

面向大曲率组合曲面的喷涂机器人喷枪轨迹组合与连接问题研究

摘要：针对喷涂机器人在大曲率组合曲面的面片上喷枪轨迹间的组合与连接问题,结合曲面拟合理论与喷枪建模方法,建立喷枪轨迹优化模型,提出一种满足大曲率组合曲面上喷枪轨迹首尾衔接的算法程序。首先,基于曲面拟合理论将大曲率组合曲面转换为自然二次曲面面片组合,建立涂层增长模型,对组合曲面上不同类型自然二次曲面面片交界处的喷枪轨迹进行优化;其次,基于该模型运用交换子和交换序列的思想,设计出实现喷涂大曲率组合曲面的喷枪轨迹组合与连接的新算法,并编写相应的算法程序,实现喷涂轨迹的全局优化;最后,通过某一种汽车外壳的喷涂实验,验证了模型的有效性和算法程序的可行性,实现了对大曲率组合曲面的连续性喷涂。     

无先验模型曲面的机器人打磨主动自适应在线轨迹预测方法

为了解决工业机器人打磨的作业柔顺性不足问题，设计了机器人柔顺浮动打磨力控末端执行器.为了解决无先验模型曲面工件的机器人打磨轨迹自适应性较差的问题，提出无先验模型曲面的机器人打磨主动自适应在线轨迹预测方法.该方法根据打磨工具与工件的接触状态预测曲面法线方向，以有向进给平面与曲面切平面的截交线作为进给导向，自适应在线预测机器人打磨系统末端执行器的位姿，使末端执行器主轴轴线实时主动跟踪曲面法线，实现对无先验模型曲面工件的机器人打磨轨迹的主动自适应在线预测.通过仿真分析和实验验证了所提出方法的有效性，最大综合位置预测误差与曲面法线跟踪误差分别为0.506 mm和4.912°.所提出方法可以为无先验模型曲面工件的机器人打磨提供在线轨迹预测.     

飞机表面自动喷涂机器人系统与喷涂作业规划

提出了一种适用于飞机等具有大型自由曲面产品自动喷涂的机器人系统,介绍了该系统的机械结构布局与控制系统结构,在分析喷涂作业流程的基础上,对喷涂作业规划方法中的关键技术如飞机位姿标定、喷枪轨迹规划等进行了研究,并基于CATIA二次开发技术,开发了控制系统软件,将喷涂作业的所有环节对应的软件操作均无缝地集成到CATIA平台中。在模拟工件上进行喷涂试验,结果表明:该机器人系统自动化程度高,运行稳定可靠,能有效提高涂层质量。     

手把手示教喷涂机器人的示教数据优化方法

针对手把手示教喷涂机器人再现运动不平稳、整体运行速度低等问题, 提出了一种基于样条曲线拟合和运动规划的优化方法。通过使用非均匀B样条曲线对示教轨迹进行拟合计算, 得到位姿拟合曲线。位置曲线和姿态曲线是分开进行离散化的。位置曲线基于S型加减速进行离散化, 减速点的寻找采用双向插补的方法。姿态和位置的同步问题, 采用建立姿态曲线参数与位置曲线参数的映射关系解决。通过仿真和实验验证了该算法能够有效地提高示教机器人再现运动的平稳性和运行速度。     

基于模型布尔运算的冷喷涂机器人路径快速生成策略

在离线编程环境下以实体模型的布尔运算结果为依据,将机器人路径生成过程与高压冷喷涂工艺参数相结合,在待喷涂面上快速生成最短且能保持路径间距基本一致的机器人路径,同时使用该路径在复杂曲面工件上进行高压冷喷涂实验并分析了冷喷涂涂层的厚度分布情况。     

电力线路巡检飞行机器人的轨迹平滑研究

研究了一种利用对称缓和曲线生成电力线路巡检飞行机器人平滑轨迹的方法。首先,利用坐标变换将机器人在三维空间中的运动映射到二维平面上;其次,在符合机器人理想运动学规律的基础上,阐述了使用对称缓和曲线进行轨迹平滑的方法,分析了机器人各运动参数约束关系对轨迹平滑的影响,解决了平滑轨迹偏离原始轨迹导致的安全性问题;最后,通过仿真实验证明了该方法的正确性和有效性。     

基于多轴机器人的浮雕加工系统设计

为实现浮雕的自动化加工,设计了一套机器人浮雕加工系统。为解决数控机床(Computer Numerical Control,CNC)自由度低、灵活性差而导致复杂曲面、镂空等加工工艺中存在的缺陷,设计了采用六自由度串联机器人的浮雕加工系统。由于目前大部分CAM软件仅支持数控系统加工文件的生成,因此使用机器人加工浮雕需解决数控代码到机器人加工轨迹的转换。该系统能够通过ARTCAM软件读取灰度图,产生三维模型,在三维建模的基础上生成数控刀位轨迹文件;可自主开发数控G代码刀位提取软件,解决数控刀位文件到机器人加工轨迹的转换,实现串联机器人的浮雕加工。系统的应用表明,多轴机器人浮雕加工系统的加工精度小于0.20mm,完全能够满足浮雕工艺品的加工精度要求。     

圆弧面动态空气喷涂数值模拟

采用欧拉-欧拉法,建立由两相流喷雾流场模型和碰撞黏附模型构成的喷涂成膜模型.将圆弧面外、内壁喷涂和平面喷涂的控制域划分为运动区域和静止区域,并分别生成计算网格,采用弹性光顺模型结合局部重构模型实现运动区域中网格的动态变化.基于有限体积法,采用二阶迎风格式对模型进行离散,采用PC-SIMPLE算法求解离散后的模型,得到圆弧面轴向喷涂和平面喷涂的喷雾流场和涂层厚度分布.喷雾流场仿真结果表明：在扇面控制孔气流的冲击下,喷雾流场在Y方向被压扁,在X方向扩张;由于喷枪的移动,喷雾流场向喷枪移动的后方略微倾斜.涂层厚度分布结果表明：圆弧面内壁喷涂的最大涂层厚度小于平面喷涂,外壁喷涂的最大平面喷涂涂层厚度大于平面喷涂;圆弧面内壁喷涂的涂膜宽度大于平面喷涂,外壁喷涂的涂膜宽度大于平面喷涂.数值模拟得到的喷涂涂膜厚度分布与实验结果吻合,证明所建立的喷涂成膜模型和动网格模型可以用于平面和圆弧面喷涂成膜模拟.     

六自由度机器人空间划线轨迹规划算法

针对多点拉形后板料空间划线的问题,提出了一种六自由度机器人划线轨迹规划的算法。首先根据拉形件尺寸参数选取曲面的划线范围,然后利用作图软件分析曲面参数域内数据点,通过这些数据点的坐标关系提取出边界点,用以判定曲面的划线域,并将这个划线域投影到平面内,利用机器人逆运动学原理模拟显示出划线操作结果。实验证明,运用该算法可以解决板材区域选取问题,为成形件提供了一种有效的划线方法。     

三维环境下基于反步法的多机器人编队控制

针对两轮式移动机器人在复杂环境下的编队控制问题,提出一种基于虚构领航法和反步法,并结合人工势场法策略的多机器人避障编队算法。首先,详细分析多机器人系统在三维空间下的编队模型,并利用空间投影方法将其映射到二维平面进行分析。其次,将运动学模型转化为链式形式,并通过正则坐标变换,将误差系统形式转换成串联非线性系统。然后运用Backstepping方法构造轮式机器人追踪系统的Lyapunov函数,设计出针对轮式机器人的轨迹跟踪控制器。再结合人工势场法避障策略,完成多机器人复杂环境下的编队任务。最后,通过多机器人轨迹跟踪的两组仿真实验,验证了所提出方法的有效性。     

常温氟碳喷涂在钢结构防火涂料装饰上的应用

常温氟碳喷涂技术被广泛应用于钢结构表面装饰领域.但对于设计有防火要求的钢结构表面,常规施工工艺存在防火涂料与氟碳涂料不相融合的情况,会造成喷涂后装饰面层成片剥落的质量问题.在银泰——航华地下通道工程附属的两个出入口外露钢结构设计与施工中,通过对氟碳喷涂和防火涂料的研究和实验得到新的施工工艺,使得防火涂料表面可以进行常温氟碳喷涂施工,同时也降低了工程成本.     

工业机器人动力学参数辨识与自适应控制方法研究

研究六自由度工业机器人动力学模型最小惯性参数辨识和模型参数自适应PD控制方法。首先分析六自由度机器人动力学模型及其最小惯性参数;研究基于位置、速度、加速度约束条件的傅里叶级数型激励轨迹优化方法;依据激励轨迹跟踪实验获取的关节角位置、速度、加速度和力矩数据,研究基于最小二乘的最小惯性参数估计方法。在此基础上,研究六自由度机器人模型自适应PD控制方法。最后,构建了基于Codesys平台的六自由度机器人控制系统,利用SYMORO+推导回归矩阵元素,结合Hadamard不等式,利用MatlabFunction函数生成目标函数并将其代入Matlab fmincon函数计算激励轨迹参数,通过激励轨迹跟踪实验辨识出最小惯性参数;通过机器人跟踪激励轨迹和验证轨迹实验,比较实测力矩与基于辨识模型估计力矩的均方根误差验证参数辨识方法有效性;通过期望轨迹跟踪实验验证了自适应PD控制算法可行性。     

铝酸钠对铝矾土-棕刚玉喷涂料性能的影响

为了解决铝矾土-棕刚玉喷涂料在施工时硬化时间较长的问题,将铝酸钠添加到喷涂料中．通过分别对比在喷涂料中添加不同质量分数的铝酸钠后喷涂料的工作时间、硬化时间及养生耐压强度,从而确定铝矾土一棕刚玉喷涂料中铝酸钠的最佳添加量．结果表明,在本实验条件下铝酸钠的最佳加入量为w（Na2O·Al2O3）=0．1％,铝矾土-棕刚玉喷涂料中添加铝酸钠后,会降低喷涂料的使用温度．     

基于省道切割的三维服装曲面展开算法

本文在基于能量模型的曲面展开算法基础上,研究了服装曲面上省道的添加算法.首先,在不定义省道的情况下,对三维曲面进行展开;依据展开结果,在相应的变形部位添加省道.计算结果表明:该算法能有效解决复杂曲面的展开问题,尤其是对于服装曲面而言.     

基于k-均值聚类算法的模具型腔曲面分片加工研究

为了提高复杂曲面的加工效率,解决编程人员凭经验分片导致加工特征遗漏和区域参数不合理的问题,提出了一种基于k-均值聚类的模具型腔曲面分片方法.首先,将型腔曲面根据曲面加工特点进行分类;然后,根据k-均值聚类分析原理,将型腔曲面上加工特性相似且相邻的点归集到一个加工区域内;进而,型腔曲面被分割成若干具有不同加工特性的曲面片;最后,针对每个曲面片的特性规划刀具路径实施分片加工,将接刀痕迹控制在曲面片的交接处,以达到提高效率及加工表面质量的目的.结果表明,此方法能明显减少加工轨迹的长度,提高加工的效率及质量.     

基于轨迹-传热耦合模型的温度场特性研究

以喷涂机器人工具中心点(Tool Center Point,TCP)及等离子热源中心点的位置一致性为结合点,利用FLUENT中的UDF模块加载TCP实时位置和等离子体射流以及高温粒子热源数学公式,构建了机器人运动轨迹与等离子喷涂过程传热行为之间的耦合模型,并通过仿真实验研究了特定机器人轨迹在基体表面形成的温度场分布情况。     

喷涂工艺薄膜厚度模型的构建与应用

为研究12寸晶圆切割过程中喷涂工艺设备参数对保护性薄膜厚度的影响，提高设备调整效率和工艺质量，采用 均匀设计的实验方法，以薄膜在测试量块上的厚度为目标，对影响厚度的主要因素:涂料压力、微调阀和雾化压力进行研究。 对实验数据采用SPSS进行非线性逐步回归得到了薄膜厚度的数学模型，揭示了各因素的交互关系，为测机调整提供数据依据， 节省大量反复测机时间，在保证工艺质量的同时提高了喷涂设备的生产效率。该模型已成功运用于某芯片封装测试厂的喷涂 设备，并取得了显著效果。     

两类涂料喷涂过程中VOCs释放规律和环境影响分析

随着社会的发展和人们环保意识的提高,环境污染更小的水性涂料得到了广泛应用。不同类型的喷涂材料在工业使用过程中释放规律的探讨有利于对其环境影响进行评估。本文选取喷涂企业使用的油性涂料和水性涂料为研究对象,进行喷涂和干化阶段挥发性苯、二甲苯、乙苯、TVOC释放含量检测,探讨挥发性有机物的释放规律,并进行相关环境影响分析。实验结果显示,苯、二甲苯及乙苯在油性涂料中的挥发量明显高于其在水性涂料中的挥发量。挥发量差异最大的是乙苯,油性涂料挥发量为13.07 mg/m~3,是水性涂料的75倍。此外喷涂过程中,水性涂料的时间加权平均浓度不及油性涂料时间加权平均浓度的1/2,所以在保证工人身体健康不受危害的前提下,喷涂水性涂料时的可工作时间明显要长于喷涂油性涂料时可工作时间。通过压降分析,发现吸附过程中气体通过油性涂料的阻力更大,同样条件下,吸附油性涂料的压降增加了126.87%,因此活性炭吸附水性涂料时通风设备的能耗比油性涂料的能耗要少。     

水轮机修复机器人焊接曲面空间建模

针对目前水轮机修复机器人在焊接过程中需要建立一套自动焊接系统的问题,依据B样条曲面构造原理,采用图像仿真技术,建立了机器人仿真系统．通过对插补算法的研究,系统解决了远程控制机器人焊接的问题．空间曲面建模可以使焊接机器人在有限示教的条件下自动建立焊接模型并精确完成焊接和磨削操作．