面向大曲率复杂曲面的喷涂机器人喷枪轨迹优化方法研究
本文关键词： 喷涂机器人 喷枪模型 轨迹优化 大曲率曲面 智能算法 出处：《兰州理工大学》2017年博士论文 论文类型：学位论文
【摘要】：针对大曲率复杂曲面上喷涂机器人喷枪轨迹优化研究中存在的轨迹分布与组合等问题,分别从修正已有的喷枪模型及应用参数、大曲率直纹面片与其组合面片上的轨迹优化与轨迹组合、大曲率特征曲面上的喷枪轨迹优化与轨迹组合、复杂自由曲面中不同曲率面片交界处的轨迹优化与轨迹组合等角度对问题进行了深入研究。全文主要由以下几个部分构成:(1)基于曲面曲率特性,提出面向复杂自由曲面的曲率识别方法,即将复杂自由曲面划分为大曲率与小曲率曲面,并通过图形实例说明了方案的可行性。同时,针对喷涂机器人喷涂大曲率曲面上轨迹优化的研究中采用的三维喷枪模型尚未考虑喷涂流量的问题展开研究。基于喷涂机器人喷枪建模理论,在原有三维喷枪模型的基础上建立了一种新的三维圆弧喷枪模型。实验结果表明,该模型可以有效提高被喷区域的涂层均匀度。最后,结合实例给出了所建模型的使用方法。(2)提出了一种求解大曲率直纹组合面片上的喷枪轨迹优化方法。首先,基于新建喷枪圆弧模型给出了直纹曲面片上的轨迹优化方法,在每一直纹曲面片上以获得最佳涂层均匀度为优化目标建立了考虑喷涂速率的轨迹优化模型,从而实现了在每一直纹面片上的喷涂轨迹优化。其次,讨论了直纹组合面片交界处的轨迹优化方法,依据直纹面片交界处的几何模型进行轨迹优化。最后,讨论了直纹组合面片之间的轨迹连接方法,设计了一种满足求解直纹组合面片上的喷涂轨迹彼此连接的优化算法,并选择了任意直纹组合面片上的轨迹连接作为实例,通过仿真验证了算法的有效性。喷涂实验结果表明,基于相同喷涂物理模型的轨迹组合优化算法喷涂相比随机喷涂方法,可有效提高喷涂效率,并可获得较好的涂层均匀度。(3)基于大曲率直纹面片上的机器人喷枪轨迹优化原理,提出了一种求解大曲率组合面片上的喷涂轨迹优化与连接的方法,解决了大曲率组合曲面上轨迹首尾衔接的问题。首先,依据大曲率曲面拟合思想,提出将大曲率组合曲面转换为自然二次曲面的面片组合进行轨迹优化的方法。该方法主要是建立相应的面片涂层增长模型,并依据该模型及面片交界处的喷涂轨迹优化理论对随机组合的自然二次曲面片的交界处实现喷涂轨迹优化。实验结果表明,面片交界处涂层波动值远小于预设偏差值,证明该方法能够达到更佳的喷涂效果。最后,基于直纹组合面片上的轨迹连接算法程序,设计了能够实现大曲率组合面片之间的喷涂轨迹首尾衔接的优化方法。通过模拟喷涂实验得出该算法在满足涂层均匀度要求的前提下与同类算法相比系统执行时间短,可显著提高喷涂效率。(4)提出针对一种复杂自由曲面上喷涂机器人喷枪轨迹优化的方法,并以喷涂时间为优化目标设计出面向复杂自由曲面片上的轨迹连接算法程序,提高了曲面整体喷涂效率。依据不同曲率曲面上的喷枪轨迹模型实现轨迹优化的方法。结合最小二乘法拟合思想与小曲率曲面的拓扑网格划分理论,将不同曲率面片交界处的轨迹优化问题转化为近似平面面片与自然二次曲面交界处的轨迹规划问题。在不同曲率面片上建立相应的轨迹优化模型,并通过仿真验证了该方法的有效性。针对不同曲率面片上的轨迹连接问题,设计了相应的连接算法。经过仿真验证达到预期效果,基本实现了复杂曲面上整体轨迹连接及连续喷涂的要求。喷涂实验结果表明,采用轨迹连接算法的优化喷涂方法在提高喷涂效率的情况下,可有效的改善涂层均匀度,并实现自由曲面片的连续喷涂。
[Abstract]:In this paper , a new method for optimizing the trajectory of spray gun is proposed based on the model of spray gun . ( 4 ) The trajectory optimization method for the spraying robot spray gun on a complex free surface is proposed . The trajectory optimization method is designed based on the spray gun trajectory model on the complex free curved surface . The trajectory optimization problem on the surface of different curvature is transformed into the trajectory planning problem at the intersection of the planar patches and the natural quadratic surfaces .
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP242
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，本文编号：1468279
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