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(shù)學(xué)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(guān)鍵技術(shù) ,國內(nèi)外許多學(xué)者圍繞此問題進(jìn)行了研究。在噴槍數(shù)學(xué)模型的建立方面 ,研究者們主要集中于平面上噴槍數(shù)學(xué)模型的研究 ,對于規(guī)則曲面及自由曲面上噴槍數(shù)學(xué)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(jìn)行了試驗驗證。直紋曲面作為制造工業(yè)中出現(xiàn)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(guān)注。

噴槍的一條空間軌跡可定義為噴槍經(jīng)過的一系列點的集合。設(shè)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(zhuǎn)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(jìn)行噴涂作業(yè)時所定義的優(yōu)化目標(biāo)達(dá)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(shù)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(fù)雜性。為了保證噴涂區(qū)域內(nèi)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(fù)雜曲面 , 對復(fù)雜曲面的分片及噴槍路徑模式、路徑規(guī)劃方向進(jìn)行了分析 ,并建立了復(fù)雜曲面分片后每一片內(nèi)的噴槍軌跡優(yōu)化函數(shù) ,討論了面片交界處的涂層厚度均勻性問題 ,得出了當(dāng)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(jié)論 ,但他們的討論是基于平面分片原則進(jìn)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(xiàn)分片數(shù)較多及涂層均勻性欠佳的問題。只針對噴涂機器人關(guān)節(jié)空間的最優(yōu)軌跡規(guī)劃問題進(jìn)行了研究 ,采用遺傳算法對問題進(jìn)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(jié)構(gòu)曲面 ,采用微分幾何的面積放大定理推導(dǎo)出自由曲面上的漆膜累積速率二次函數(shù) ,并采用軌跡優(yōu)化的方法對表面有凹凸結(jié)構(gòu)的曲面的涂層厚度差進(jìn)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(dá)到較高的工藝水平。


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