噴涂機器人編程:每個圓弧面片上的噴槍軌跡優(yōu)化

噴涂機器人噴槍數學模型的建立和噴槍軌跡優(yōu)化是噴涂機器人離線編程中的關鍵技術 ,國內外許多學者圍繞此問題進行了研究。在噴槍數學模型的建立方面 ,研究者們主要集中于平面上噴槍數學模型的研究 ,對于規(guī)則曲面及自由曲面上噴槍數學模型的建立研究較少。噴涂機器人在噴槍軌跡優(yōu)化方面,面向平面和規(guī)則曲面的噴涂軌跡優(yōu)化得到了一定程度的研究 ,并進行了試驗驗證。直紋曲面作為制造工業(yè)中出現較多的自由曲面類型 ,如汽車的車門和飛機的機身 ,越來越受到研究者的關注。

噴槍的一條空間軌跡可定義為噴槍經過的一系列點的集合。設計時考慮一種可行的噴槍軌跡確定方法 , 即先指定期望的噴槍空間軌跡和噴涂方向 , 問題就轉化為如何找到噴槍沿指定軌跡的最優(yōu)時間序列 , 使得噴槍沿此軌跡進行噴涂作業(yè)時所定義的優(yōu)化目標達到最優(yōu)。這樣 , 軌跡優(yōu)化問題就把每一時刻的最優(yōu)變量個數從一般噴槍軌跡優(yōu)化問題中的 6 個(噴槍的位姿) 減少為 1 個 , 降低了問題的復雜性。為了保證噴涂區(qū)域內涂層厚度的均勻性 , 需要優(yōu)化噴槍走速 v 和軌跡間距δ。對于直紋面 , 通常情況下 , 我們期望的噴涂軌跡是沿著掃描方向( U 向) 規(guī)劃的 , 為了便于分析 , 在平面上分析涂層的疊加情況。

針對大型復雜曲面 , 對復雜曲面的分片及噴槍路徑模式、路徑規(guī)劃方向進行了分析 ,并建立了復雜曲面分片后每一片內的噴槍軌跡優(yōu)化函數 ,討論了面片交界處的涂層厚度均勻性問題 ,得出了當兩面片的噴槍軌跡相對于交界線平行(parallel - parallel , PA - PA) 時 ,涂層厚度均勻性最佳的結論 ,但他們的討論是基于平面分片原則進行的 ,該理論只適用于曲率較小曲面 ,遇到曲率較大的曲面時 ,會出現分片數較多及涂層均勻性欠佳的問題。只針對噴涂機器人關節(jié)空間的最優(yōu)軌跡規(guī)劃問題進行了研究 ,采用遺傳算法對問題進行求解 ,但沒有考慮自由曲面上的噴槍軌跡優(yōu)化問題。針對凹凸結構曲面 ,采用微分幾何的面積放大定理推導出自由曲面上的漆膜累積速率二次函數 ,并采用軌跡優(yōu)化的方法對表面有凹凸結構的曲面的涂層厚度差進行補償 ,仿真實驗表明該方法能有效提高涂層的均勻性,但還未達到較高的工藝水平。


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