倾角喷涂轨迹优化方法研究

为解决内外犄角曲面喷涂时的犄角处涂层不均匀和涂料浪费问题,基于已有的喷枪模型,提出运用微分几何面积放大定理建立考虑喷枪倾角因素喷涂模型的方法,基于此模型给出了倾角喷涂三种情况下的喷枪轨迹优化目标函数,并运用黄金分割法进行求解,为倾角喷涂模型在喷涂轨迹优化中的应用提供了理论基础。仿真实验表明,喷枪倾角喷涂的建模方法有效;倾角喷涂轨迹优化方法可行,且涂层的均匀度受到喷枪倾角大小和方向的影响。     

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.     

基于蚁群算法的喷涂机器人喷枪路径规划

根据复杂曲面的几何特性,对曲面进行分片处理,并建立喷枪路径的评价函数,在每一片上进行喷涂机器人喷枪路径的规划。为了使喷涂机器人喷涂作业的时间最短,将整个曲面上的喷枪路径优化组合问题看成乡村邮递员问题(ORPP),并利用改进的蚁群算法求解ORPP问题。算法中通过在进化过程中动态调整蚂蚁的个体信息,激励蚁群搜索可行空间并发现最优解集。最后以一个复杂曲面工件为喷涂对象进行喷涂实验,结果证明了改进的蚁群算法比一般性随机算法效果更佳。     

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。     

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.     

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。     

基于隶属云模型蚁群算法的喷涂机器人喷枪轨迹组合规划

在复杂曲面分片规划成若干个近似平面及每片面喷涂轨迹规划的基础上,将每个片上及片与片交界处的喷枪轨迹组合规划问题转化为广义开环旅行商问题(OTSP),并采用隶属云模型蚁群算法对OTSP问题进行求解.仿真实验结果证明了该方法更佳的全局搜索性和收敛性.     

基于遗传算法的喷涂机器人喷枪路径规划

根据复杂曲面的几何特性和拓扑结构,对曲面进行分片处理,在每一片上进行喷涂机器人喷枪路径的规划。将整个曲面上的喷枪路径顺序组合问题看成乡村邮递员问题（ORPP）,并采用哈密尔顿图形法表示ORPP,用遗传算法进行求解。个体编码采用代表哈密尔顿图中顶点的实数编码和代表每片上路径方向的编码相结合的方法,可实现对问题空间的全局快速寻优。最后以某品牌汽车车身后盖为喷涂对象进行仿真实验,实验结果验证了所提算法的有效性     

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。     

Automated tool trajectory planning of industrial robots for painting composite surfaces

Automatic trajectory generation for spray painting is highly desirable for today’s automotive manufacturing. Generating paint gun trajectories for free-form surfaces to satisfy paint thickness requirements is still highly challenging due to the complex geometry of free-form surfaces. In this paper, a CAD-guided paint gun trajectory generation system for free-form surfaces has been developed. The system utilizes the CAD information of a free-form surface and a paint gun model to automatically generate a paint gun trajectory to satisfy the paint thickness requirements. Complex surfaces are divided into patches to satisfy the constraints. A trajectory integration algorithm is developed to integrate the trajectories of the patches. The paint thickness deviation from the required paint thickness is optimized by modifying the paint gun velocity. A paint thickness verification method is also developed to verify the generated trajectories. The results of simulations have shown that the trajectory generation system achieves satisfactory performance. This trajectory generation system can also be applied to generate trajectories for many other CAD-guided robot trajectory planning applications in surface manufacturing.     

喷涂机器人路径组合优化中喷枪轨迹参数的修正方法

喷涂路径组合优化过程中,当一面片介于两面片之间时,由涂层分布干涉引起的涂层厚度误差较大,为解决这个问题,提出了直接修正法和修正喷涂高度法的喷枪轨迹参数修正方法。根据中间面片两交界线的位置关系,将该问题分为交界线平行和近似平行两种情况讨论,并基于两种修正方法分别提出了两种情况下的喷枪轨迹规划方法和相关参数的优化方法。仿真实验和数值分析表明：当修正的轨迹间距比理想值大时,可采用未优化的直接修正法规划喷枪轨迹; 反之,可采用优化的直接修正法;在相同轨迹间距下,修正喷涂高度法比直接修正法的涂层误差要小３μm左右。验证了两种方法相结合解决近似平行时该问题的可行性和有效性。     

喷漆机器人喷枪轨迹设计及影响因素研究

提出喷漆机器人喷枪轨迹设计的思路 ,建立评价喷涂效果的目标泛函 ,着重分析其影响因素 ,并以正方形工件为例对整个喷涂过程进行了计算机仿真。     

喷漆机器人喷漆工艺分析及优化研究

根据现今汽车行业的质量标准,分析了汽车喷涂工艺过程中的实际工作条件,建立带约束条件的多目标优化问题的数学模型,并选取用时最短和漆膜厚度方差最小为目标函数,利用非劣排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）的优化方法,得到pareto最优解集。结果表明该优化算法能有效地解决多目标非线性约束优化问题。     

喷涂机器人静电旋杯的新模型

旋杯的累积速率模型以及涂料投射模型是喷涂机器人离线编程轨迹规划的重要基础。针对累积速率模型,建立了一种新的模型--双偏置β模型,该模型既能表示满月形模型,也能表示局部非对称的圆环形模型。在此基础上,分析了新模型的匀速喷涂厚度模型,为离线编程的轨迹规划做准备;针对涂料投射模型,推导出了涂料投射模型为任意函数模型时,工件曲面上某点累积速率与基准面上对应点累积速率的关系,并结合实验数据构建了基于正态分布的曲线投射模型。经证明,此模型更符合实际情况。     

面向复杂曲面的喷涂机器人喷枪路径的规划

根据试验数据给出了涂层生长速率模型,将自由曲面通过拓扑关系生成若干个平面片,在每一片上进行喷枪速率及轨迹间距的优化,基于面片交界处喷枪轨迹为PA-PA时涂层厚度均匀性较好的原则,根据面片的边界几何特征对喷枪路径进行了规划,提出了用变偏距的方法优化Z型路径模式,该方法通过选择两轨迹间的偏距极值及始末轨迹的长度来确定每相邻轨迹间的偏角来达到变偏距的目的,给出了其中参数的计算方法和优化算法。最后通过实例验证了该算法对Z型路径模式的优化具有一定的可行性。     

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。     

一种经济型喷漆机器人设计与运动学分析

设计一种经济型喷漆机器人,适用于对体积不大的家用电器、家具和小型机械设备零/部件等的喷漆作业.建立该喷漆机器人的数学模型和连杆坐标系统,求出机器人的运动学正解.针对机器人位置结构和姿态结构的特点,提出一种简单的、利用末端执行器位置矢量和姿态转换矩阵建立的逆运动学算法,并验证该算法的有效性.