倾角约束下的机器人喷涂效率优化方法研究

喷涂机器人在对工件进行喷涂加工时,常常会受到工作空间和障碍物干涉的限制,导致喷枪无法保持垂直于工件表面的姿态进行喷涂,因此建立了一种以描述喷枪姿态的RPY角为变量的倾角喷涂模型,并提出了涂层厚度约束条件下以喷涂效率为目标的喷涂轨迹优化方法。首先,用种子曲线法生成待加工面上的喷涂轨迹,以涂层厚度均匀性为优化目标,对喷涂轨迹上喷枪的RPY角进行优化,然后以最小涂层厚度为约束,在满足涂层要求的情况下对喷枪的移动速度进行优化,以提高喷涂效率。仿真实验验证了该优化方法的有效性。     

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.     

两类喷枪最优轨迹规划的比较

研究了喷漆机器人喷枪最优轨迹的规划,该规划的目的是确定一条使得工件表面涂层厚度差异达到最小的喷枪最优轨迹。文中首先对喷枪最优轨迹规划问题建立了数学模型,然后确定了具体的算法,针对两类不同的漆膜生长速率函数,对正方形平板工件表面进行了仿真,得出了优化仿真结果,论证了两类方法的可行性,并对两类仿真结果进行比较。     

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.     

面向圆形弯管的喷涂机器人喷枪参数优化

针对喷涂机器人喷涂圆形弯管内壁时的涂层均匀性问题,提出了一种喷枪参数的优化方法。基于椭圆双β分布喷枪数学模型,采用钣金展开原理对圆形弯管处进行面片划分,进而推导得到面片宽度的变化规律,提出机器人喷涂圆形弯管时喷枪移动速度应与面片的宽度保持一定的反比例关系,在此基础上根据涂层厚度叠加原理对相邻喷枪轨迹间的距离进行优化,最后利用流量守恒原理和数值仿真实验验证了分片算法的可行性。数值仿真结果表明,该喷枪参数优化方法能够保证涂层厚度偏差在10%以内,与传统方法相比可以显著提高圆形弯管内壁涂层厚度的均匀性。     

基于MATLAB的喷涂轨迹重叠率优化

用高速静电旋杯式喷涂系统进行喷涂时,涂料雾化后的微粒在工件表面上形成的沉积模型具有多种形状。在详细分析多种涂料沉积模型的基础上,对β型沉积分布模型函数进行充分研究,推导出包含涂料漆流底面半径R、调整系数K,喷枪移动速度v及喷涂流量Q0等主要参数在内的平面喷涂的涂层沉积厚度方程;基于该涂层趁机厚度方程,用MATLAB语言编写程序对两条相邻喷涂轨迹之间的重叠距离进行优化,并得出优化结果,为喷漆机器人轨迹规划设计奠定了基础。     

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.     

喷涂机器人的喷枪轨迹优化设计与实验

针对工件上涂层厚度均匀性与喷涂时间相互制约的问题,提出一种曲面上喷涂机器人喷枪轨迹优化设计方法。首先根据复杂曲面的几何特性,对曲面进行分片处理,求解每个曲面片上的喷涂速度和涂层重叠区域宽度的最优值;再利用无方向的连接图表示曲面上的喷枪轨迹优化组合问题,采用改进的粒子群算法进行求解。仿真和喷涂实验结果验证了算法的可行性和有效性。     

面向直纹曲面的喷涂机器人喷枪轨迹优化

针对复杂曲面中直纹曲面的喷涂机器人喷枪轨迹优化问题,由实验数据得到平面上的喷枪2D模型,推导得出圆弧面上的喷枪3D模型;提出通过最小二乘圆弧逼近直纹曲面的思想,将直纹曲面分成若干圆弧面片的组合,直纹曲面上的喷涂轨迹优化问题可近似看作圆弧面来处理,并在每个圆弧面片上建立喷枪轨迹优化目标函数;讨论了两圆弧面片交界处的涂层厚度计算方法及喷枪轨迹优化问题。仿真实验验证了分片算法及数学模型的有效性,证明该喷枪轨迹优化方法与传统方法相比,可有效地提高曲率较大曲面的涂层均匀性,且在保证喷涂精度的前提下,有效地减少分片数。     

喷涂机器人喷枪轨迹规划的优化算法研究

在建立了喷枪位姿模型和自由曲面上的涂层厚度数学模型后,提出了喷涂机器人喷枪轨迹规划的优化算法,并利用极大极小法进行求解.计算机仿真结果论证了本算法和数学模型的有效性,为离线编程系统的建立奠定了基础.     

一种混凝土管道喷涂机器人设计与轨迹规划

针对大型预应力钢筒混凝土管道外表面喷涂作业任务需求,设计了一种自行走式宏—微运动结合的5自由度喷涂作业机器人装备。对其进行构型与结构设计;建立涂层厚度数学模型,优化喷涂轨迹重叠距离,确定最优的喷涂轨迹间距;针对不同的喷涂轨迹喷涂单个管道所需的时间来选出最优的轨迹。结果表明:当喷涂轨迹间距取最优值,喷涂路径为螺旋型时,所用时间最短,喷涂质量最佳。现场试验验证,该结构类型的喷涂机器人可以有效高质的完成大型管道外表面的喷涂作业且安全可靠。     

带矢量的STL切片处理的实现

采用机器人携带喷枪进行表面喷涂时，喷枪的运行轨迹（位置和角度）是决定喷涂质量的关键，为此需要快速而准确地获得待喷涂零件表面上各点的位置和该点处的法向矢量。本文提出了一种由程序直接获取机器人运行轨迹的方法：首先在普通CAD软件中对待喷涂零件三维建模并转换为STL文件，然后对STL文件的数据格式进行矢量扩展和切片处理，得到一系列带有方向的点系，最后按照一定规律排序形成机器人的运行轨迹。该方法将快速成形的切片技术用于表面喷涂工艺的机器人轨迹规划，从而精确地控制喷枪的运行位置、角度以及喷枪与待喷涂工件之间距离。最后还对得到的轨迹进行了模拟运行和机器人实际喷涂试验，证明了其准确性和有效性。     

喷涂机器人自动轨迹规划研究进展与展望

喷涂自动轨迹规划是以喷枪涂料沉积模型、工件表面CAD模型、约束条件和优化准则为基础,利用最优轨迹规划器自动生成喷枪轨迹。简介了喷涂自动轨迹规划的发展历程,分析了高斯分布模型、贝它分布模型、分析沉积模型、工件表面建模方法和优化准则,详细综述了最优轨迹规划器的研究进展,分析了目前自动轨迹规划研究存在的难点问题,并展望了自动轨迹规划的未来发展。     

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.     

针对框架类工件的喷涂在线检测及轨迹规划

针对任意框架类工件喷涂轨迹规划重复建立模型以及喷漆利用率低的问题,设计出一套深度优先搜索算法。该算法利用现有双喷枪模型,研究了工件和喷枪运动速度之间的关系,确保喷枪与工件在喷涂过程中始终保持相对匀速运动状态。运用改变喷枪在工件拐角处的加速度的方法来实现工件的跟踪喷涂,在喷枪间断次数最少的基础上,得到了喷枪轨迹的生成方法。该算法简化了喷涂轨迹规划流程,可以缩短空枪移动距离,克服了传统轨迹规划算法重复输入的局限性。最后进行了门框工件的喷涂实验,验证了该算法的有效性。     

机器人喷涂轨迹计算与仿真

工业机器人因其灵活性、可编程以及低成本而在自动化喷涂应用中前景广阔。采用离线编程技术规划喷涂轨迹可以大大提高工件的喷涂效率,实现自动化喷涂作业。在分析了复杂曲面的喷涂轨迹规划涉及到的算法问题后,提出了一种基于球坐标的涂料沉积模型和最小厚度约束的轨迹生成方法。首先,建立在球坐标系中描述的涂料沉积模型;其次,给出待喷涂曲面上一点处的喷涂累积厚度计算方法;然后,针对最小厚度约束,提出了喷涂轨迹规划算法;最后,利用机器人离线仿真平台对喷涂轨迹进行了验证,并对喷涂区域的累积厚度进行仿真。结果表明可以得到满足喷涂厚度要求的曲面喷涂轨迹。     

漆膜制备机器人喷枪轨迹生成与优化研究综述

漆膜制备机器人喷枪轨迹生成与优化是保证漆膜质量的前提。介绍了适用于规则曲面和复杂自由曲面的涂料沉积模型,归纳了3种工件曲面造型方法,分析了喷涂轨迹的优化目标,总结了两种轨迹优化问题,并对漆膜制备机器人喷枪轨迹生成与优化的前景进行了展望。     

基于椭圆双β模型的球面喷涂轨迹优化

针对全球面的喷涂问题,以椭圆双β分布模型为基础,研究了将平面椭圆双β分布模型映射到球面的方法,并得到了球面的喷涂模型。设计了一种基于球面纬线的喷涂轨迹,以确保喷枪在同一纬度进行喷涂时的喷涂参数保持不变。建立以喷涂时间最短为优化目标,涂层厚度为约束条件的优化函数,采用遗传算法优化了喷枪速度、喷涂高度和相邻轨迹间距等喷涂参数。并对相应的球面喷涂进行了仿真,结果表明采用此方法优化后,球面涂层厚度可以得到有效控制。     

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。     

考虑动力学因素的喷漆机器人喷枪路径优化

机器人在喷漆作业过程中大部分时间是在做路径相似的重复空间轨迹运动,对于一个特定的作业对象,喷枪的运动路径可能有不同的形式。本文针对平面工件表面的喷漆作业,建立了喷枪喷矩模型,然后基于漆膜厚度变化的方差最小,用遗传算法对喷枪运动路径的参数进行优化,由于运枪方向不同而得到两种路径方案,再从机器人的动力学角度出发,以使整个路径中最大关节力矩和最小为目标,对喷枪路径进行优选,以达到既保证喷漆质量又能使机器人关节驱动电机的负载最小的目的。