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機(jī)器人自動(dòng)噴涂閥門等曲面工件的運(yùn)動(dòng)軌跡

碳素鋼、合金鋼閥門外表面處理一般采用機(jī)器人噴涂，需要兩涂?jī)煽?，底漆面漆涂層要求均勻，連續(xù)平整、統(tǒng)一色澤、不起泡、無小孔、無刮痕。為對(duì)特定閥門工件的外表自由曲面進(jìn)行精確噴涂，提出以閥門外形尺寸和機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)為約束條件，對(duì)噴涂機(jī)器人的工作空間進(jìn)行了合理優(yōu)化。


噴涂機(jī)器人將閥門噴漆工人從惡劣的噴涂環(huán)境中解放了出來，相比于傳統(tǒng)人工噴涂，機(jī)器人噴涂涂料利用率高，自動(dòng)化程度高，噴涂效率也高。噴涂機(jī)器人具有較強(qiáng)的柔性，當(dāng)用于多種、小批量噴涂任務(wù)。采用軌跡在線方式實(shí)現(xiàn)了全空間位姿控制，軌跡自由度、再現(xiàn)性都很高，工件涂層均勻、噴涂質(zhì)量好等，從而得到廣泛的工業(yè)應(yīng)用。


為對(duì)特定閥門工件的外表自由曲面進(jìn)行精確噴涂，提出以閥門外形尺寸和機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)為約束條件，對(duì)噴涂機(jī)器人的工作空間進(jìn)行了合理優(yōu)化。利用MATLAB對(duì)多變量有約束非線性函數(shù)優(yōu)化求解，得到了機(jī)器人主連桿桿長(zhǎng)以及相應(yīng)的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角范圍；對(duì)閥門進(jìn)行了參數(shù)描述，并建立噴涂軌跡路徑數(shù)學(xué)模型；通過基于ADAMS的虛擬樣機(jī)建模、運(yùn)動(dòng)仿真和MATLAB數(shù)值求解的相互協(xié)同和相互驗(yàn)證，得到了合理的關(guān)節(jié)角逆解。通過優(yōu)化后的逆解進(jìn)行仿真噴涂驗(yàn)證了軌跡規(guī)劃和優(yōu)化求解方法的合理性。

由于機(jī)器人關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)耦合性，使得其運(yùn)動(dòng)軌跡的控制極其復(fù)雜，而運(yùn)動(dòng)軌跡的精度也是多因素耦合的結(jié)果。影響精度的因素包括機(jī)器人零部件的加工制造誤差，機(jī)器人的安裝誤差，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的誤差，機(jī)器人連桿和關(guān)節(jié)的柔性以及機(jī)器人工作環(huán)境等。因此研究噴涂機(jī)器人再多因素綜合作用下的位姿精度問題也是現(xiàn)階段實(shí)際研究過程中必須要解決的難題。另外，噴涂機(jī)器人的全局性能指標(biāo)分析和機(jī)器人協(xié)同作業(yè)也是現(xiàn)階段研究的熱點(diǎn)。


噴涂機(jī)器人在面對(duì)閥門等異形的類似復(fù)雜曲面或狹窄空間時(shí)，要求機(jī)器人手臂運(yùn)動(dòng)空間大、姿態(tài)和軌跡復(fù)雜靈活，因而噴涂機(jī)器人得采用六軸的自由度手腕。影響機(jī)器人工作空間的實(shí)際形狀和小大主要是大臂和小臂的參數(shù)決定。腰部參數(shù)只影響機(jī)器人工作位置的高低，機(jī)器人手腕結(jié)構(gòu)尺寸較小，結(jié)構(gòu)參數(shù)的變動(dòng)范圍有限，因此串聯(lián)機(jī)器人工作空間是由大臂和小臂的長(zhǎng)度以及關(guān)節(jié)角的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍來確定。