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。     

一种具有示教作用的喷涂机器人的设计

提出一种具有示教作用的喷涂机器人,以平衡车主板为控制中心,利用陀螺仪判定平衡状态,利用电机对喷涂机器人进行调整使其处于平衡状态;然后利用摄像机获得喷涂轨迹以指示喷涂机器人进行自动喷涂,效率高,精度好,大大降低了人力成本,可广泛推广应用于基础设施的维护。     

双目视觉人工喷涂轨迹示教编程方法研究

喷涂轨迹的路径规划技术是喷涂机器人应用研究的关键点.针对人工示教编程中机械示教装置使用的局限性,即示教操作不便,示教空间范围受限等,提出一种基于双目视觉的人工喷涂轨迹示教编程系统方法.首先,在示教喷枪进行色球安装预处理;接着,双目视觉位姿跟踪系统利用色球识别方案,分别计算色球的坐标位置与喷枪的位姿信息,捕获喷枪实时运动...     

直接示教机器人的位姿优化算法研究与实现

直接示教型机器人具有示教方便、操作简单等特点,在喷涂、弧焊、抛光等任务轨迹复杂的机器人加工领域具有较高的应用价值。但由于人手在直接示教时存在抖动,若直接采用示教轨迹点进行再现,机器人在运动过程中往往会产生振动,从而影响加工质量,甚至缩短机器人的使用寿命。针对上述问题,提出了一种基于曲线拟合的机器人位姿优化算法,可对机器人的位姿轨迹进行平滑处理。首先对直接示教轨迹进行均匀重采样,分别利用B样条曲线和四元数曲线对采样点位置数据和姿态信息进行拟合,然后采用泰勒展开法对曲线进行插补,最后通过实验验证了该算法的有效性,并将该算法应用于自行研制的六关节直接示教喷涂机器人,实验结果表明有效减小了机器人再现时的振动。     

上海三号喷涂机器人通过鉴定

上海三号(SHⅢ)喷涂机器人是上海市重点科技攻关项目之一,由上海交通大学和上海机床厂共同研制成功。1991年3月27日由上海市科委组织的鉴定会在上海交通大学召开,并通过了对上海三号喷涂机器人的技术鉴定。上海三号喷涂机器人采用电、液伺服系统控制,为空间关节式机器人,有6个自由度,最大手腕负荷为5kg。上海三号喷涂机器人是示教再现式机器人,它能通过手把手直接示教,或用示教盒示教和修正机器人的工作轨迹。有安全可靠的防爆     

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。     

PJ-1型喷漆机器人

为了适应复杂形面多品种自动喷涂需要,国家机械委北京机械工业自动化研究所研制了微型机电液伺服控制、五个自由度、关节式喷漆机器人,可手把手连续轨迹示教喷涂,并能自动再现喷涂作业。这种机器人     

喷涂机器人控制系统设计

设计了一种空间五自由度喷涂机器人的控制系统,包括控制系统的硬件与软件结构。该控制系统采用PC104主板,配以ADT836运动控制卡,实现了机器人空间5个关节的协调控制,可进行喷涂轨迹示教、轨迹文件编辑及自动喷涂等作业任务。该控制系统具有结构简单、便于维护、开发周期短、可靠性高等特点。     

一类机器人的示教奇异位形预测

针对机器人工业控制中遇到的奇异点问题,以UR10机器人末端轨迹为研究对象,在构建机器人运动学模型的基础上,考虑限位,可行空间等制约因素,建立了示教轨迹模型,并根据其示教运动问题特征,设计了一类奇异位形预测算法。通过MATLAB进行仿真验证,并在ROS平台实现实时预测、控制验证,结果表明,该方法在提前预知轨迹经过奇异点的有效性,改进了示教调试过程中因奇异性,不可达等问题导致的停机。     

基于视觉跟踪的机器人复杂轨迹模拟再现

机器人示教是实现机器人轨迹跟踪的一种重要方法,其工作原理决定了机器人作业的效率及复杂轨迹跟踪的精度。文章在传统示教方法基础上提出了一种基于视觉跟踪的机器人复杂轨迹模拟再现方法,通过应用双目立体视觉三维测量技术跟踪并记录机器人示教手柄完成的随机的复杂的操作轨迹,对轨迹数据进行坐标转换、运动学逆解,计算机器人各关节的期望旋转角度值,并驱动机器人运动,实现示教手柄的复杂操作的复现。该方法能够实现任意操作的实时示教再现,操作简单,工作效率高,与传统的示教方法相比显著地降低了工业机器人对专业操作人员的依赖程度,广泛地拓展了机器人的应用范围,具有极其重要的应用价值。     

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。     

基于遗传算法的机器人末端位置补偿轨迹规划

提出了一种机器人末端位置调整补偿的轨迹规划方法,利用遗传算法求解了机器人末端位置调整引起的关节变化量。利用该方法,机器人可在不精确环境下进行校正式示教学习,通过示教还原后可实现模糊环境中的机器人末端连续轨迹扫描。利用该方法在4自由度机器人上获取了理论关节轨迹与校正轨迹,试验结果证明了该方法的可行性。     

基于多因素模型和多尺度遗传算法的复杂曲面喷涂轨迹综合优化

针对复杂曲面喷涂轨迹的量化评价指标不够完善,提出基于多因素模型和多尺度遗传算法的复杂曲面喷涂轨迹综合优化方法。首先,结合喷涂质量和机器人运动性能要求,综合分析机器人喷涂轨迹影响因素,构建喷涂轨迹多因素模型。其次,利用层次分析法,确定模型因素权重。然后,采用多尺度、动态进化策略改进遗传算法,定义多尺度遗传算法。最后,将多尺度遗传算法应用于复杂曲面喷涂轨迹综合优化。实例研究表明,喷涂轨迹的综合评价指标得到显著提升,能有效解决复杂曲面喷涂轨迹离线规划难题。     

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。     

基于离线编程技术的工业机器人绘图系统研究

针对工业机器人绘图工作站现场编程绘图过程中示教点过多造成的耗时过长和示教精度不足的问题,提出了一种利用离线编程软件RobotStudio完成图形轨迹编程和调试的方案。利用RobotStudio软件将三维模型导入进行机器人工作站的布局,完成图形轨迹的创建、轨迹程序的上传以及程序调试,并现场编程示教机器人动作关键点,最终完成机器人绘图。实验表明,该方案可有效缩短绘图编程调试时间,提高绘图的精确性。     

基于试验与仿真联合分析的喷涂机器人轨迹精度可靠性研究

采用链驱动的喷涂机器人易于实现本体的轻量化、末端高灵活度与正压防爆系统设计,从而满足家具、钢结构等一般涂装行业对喷涂机器人工作空间与腕部灵活度的要求,深入分析链驱动机器人的运动可靠性对喷涂质量和效率的提高具有重要意义。针对链驱动喷涂机器人的运动可靠性问题,采用一种基于试验与仿真联合分析的机器人末端轨迹精度可靠性分析方法。以旋量法为基础建立了喷涂机器人本体和喷枪的运动学模型,从工业机器人的操作臂性能和运动规律的角度出发,研究了喷涂机器人运动精度的影响因素。分析了链驱动喷涂机器人的优缺点和末端轨迹精度的影响状况,并结合机器人本体的运动学参数,建立了基于随机变量的喷涂机器人运动误差模型。通过试验结果的分析来确定影响喷涂机器人运动误差的随机变量的分布特征,从而对机器人末端轨迹精度的运动可靠性进行更加精确的仿真分析。最后,通过喷涂机器人工作平台对末端轨迹精度的运动误差进行试验验证并与传统的仿真分析方法进行对比,结果显示该分析方法更准确。研究成果为进一步分析喷涂机器人的机构优化、轨迹规划和漆膜质量提供试验基础和理论依据。     

基于六维力传感器的力引导示教研究

示教是学习机器人很重要的环节,其中直接示教相比其他示教方法具有简单、快捷、准确率高等优点,然而目前的大部分机器人都不支持直接示教。提出了一种基于力引导的直接示教方法。首先,通过六维力传感器实时监控、采集力/力矩信号,再将采集到的力信号和力矩信号经由重力补偿算法和重力矩补偿算法处理后发送给上位机;然后根据力-位控制算法求解出工业机器人的移动量和旋转量;最后通过Socket通信将数据发送给工业机器人,完成力引导示教。实验结果表明,该直接示教方法准确、通用性好,具有推广意义,能够在力引导示教完成后再进行示教轨迹还原。     

基于任务参数加权的动态运动基元泛化方法

为了提高机器人示教学习的计算效率以及泛化性能,提出了一种基于任务参数加权的动态运动基元泛化的机器人示教学习模型,主要步骤如下：运用动态运动基元模型提取多次示教运动轨迹的特征参数;在新的任务参数下,运用提取的特征参数重构特征运动轨迹;以示教任务参数与新任务参数的近似程度对特征运动轨迹进行加权叠加,生成新的运动轨迹。在Kukaiiwa机器人上的实验表明,在新的任务场景下,所提方法能够快速有效地泛化出新的运动轨迹,与已有方法相比,在计算效率及示教任务参数附近的泛化性能上有了较大的提升。     

基于示教学习和自适应力控制的机器人装配研究

针对柔性自动化领域的机器人装配问题,对示教学习和自适应力控制等方面进行了研究,对初始位置变化时示教搜孔、插孔时降低接触力矩波动速度和误差的策略进行了归纳,提出了利用示教学习对搜孔轨迹泛化和模糊自适应阻抗控制插孔的方法。首先根据是否与孔产生接触力将示教任务分为两段;接着利用了任务参数化的高斯混合模型(TP-GMM)训练并泛化第一段轨迹;最终和原示教的第二段轨迹组合为新的搜孔轨迹;采用了六自由度阻抗控制使得机器人具有柔顺性,再利用了模糊自适应策略调节阻抗控制中Z轴期望接触力,利用UR机器人对方形孔进行了装配试验验证。研究结果表明:所提出的策略在新的初始位置,仍能绕过障碍物并生成新的搜孔轨迹,无需再次示教;调节期望接触力相比其不变时,绕X轴方向力矩波动速度低,且波动误差减小了30%。     

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.