一种面向多腔室工件喷涂的机器人构型设计及轨迹规划

发布时间：2020-05-09 15:11

【摘要】：在工业生产中,喷涂作业是一个重要的加工过程,喷涂机器人已经广泛应用于喷涂行业,但对于复杂工件的内表面喷涂任务还依赖人工完成。本文的主要内容是对多腔室多障碍的大型构件内壁进行喷涂,由此设计一种新型喷涂机器人,并按照腔壁内表面喷涂作业的要求设计控制算法。首先,根据多腔室多障碍大型构件的结构特点,按功能将机器人结构划分为工作定位装置、工作执行装置和辅助支撑装置,分别进行设计;然后基于D-H参数法,建立九自由度机器人的数学模型,并进行正解的求取。考虑到九自由度机器人的反解过于复杂,结合此类工件的特点,提出一种冗余机器人计算反解的新方法,根据喷涂不同方位的腔壁对前三个关节进行角度预设,保证喷涂目标平面处于工作执行装置的灵活工作空间;根据关节7工作空间的特性采用正向求解和逆向求解得到关节7的位置坐标,并反推关节6的位姿,进而求解其它关节角度值完成反解。此求解方法得到的反解能够保证机器人在对同一壁面喷涂时具有相似的构型姿态,解决反解过多、求解难度大、筛选困难的问题,极大地提高反解的求解速度。位置插补采用空间直线插补和空间圆弧插补相结合的路径规划方法;路径规划层面基于齐次变换和四元数理论,采用矩阵描述位置,采用单位四元数进行姿态描述并用球面插补曲线对姿态进行插补,完成机器人末端执行器位姿的表达工作。在速度控制层面上,采用标准S型速度曲线并对其进行改良。速度的平稳性和加速性能是评价速度控制曲线的重要指标,本文先对常见的速度控制模型进行研究,在上述指标上,标准S型速度曲线有着突出的优势。针对标准S型速度曲线适应性低的局限性,对非正常情况进行预处理。针对按照给定速度和按照指定运行时间两种情况设计自适应S型速度曲线算法,既保留标准S型速度曲线良好的性能又提高了兼容性。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP242

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本文编号：2656332