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喷涂连续工艺中机器人喷枪最优轨迹规划的研究
| 论文题名： | 喷涂连续工艺中机器人喷枪最优轨迹规划的研究 |
| 关键词： | 机器人喷涂;连续工艺;喷枪;最优轨迹规划;最优性能指标;作业;最优速度;涂层厚度;计算机;工件表面;求解;控制要求;问题;生长模型;人工;汽车公司;漆膜厚度;利用;离线编程;方法 |
| 摘要： | 随着中国汽车工业的发展，机器人在汽车喷涂作业方面应用的也越来越普遍了，例如广州本田汽车公司应用了首钢Motomarl-UP20机器人实现汽车表面的喷涂。本文课题正是基于广州本田汽车公司涂装车间关于改进机器人喷涂质量的项目而产生的。 机器人喷涂作业代替人工喷涂作业的优点是很多的，例如可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境等。随着对喷涂作业工艺水平和生产效率的要求提高，对机器人喷涂系统的控制要求也在不断提高。 一般来说，目前用于控制喷漆机器人的运动的一种典型的方法是人工示教法，这种方法而形成的喷枪轨迹是凭人工经验和实验方法获得的，工具只能靠视觉来定位。然而，喷涂工艺对机器人的位置及喷具的轨迹的控制要求非常严格，仅靠视觉和经验是不太合适的。 离线编程控制具有人工示教所不具有的优点，可以利用计算机进行最优轨迹规划，以期达到作业的最优性能指标。还可以进行相关图形和数值仿真，为最后的正确决策提供有力的保障。 本文正是从离线编程的角度出发，首先建立以喷枪轨迹为变量的作业喷涂曲面的涂层厚度生长模型，确立性能指标的相关数学模型。然后利用最优控制的有关理论和算法去求解满足最优性能指标时的喷枪轨迹。很明显，该最优问题是一个非线性多维问题，求出解析解将很困难，因此用数值解法求解会更易于操作。 文中采用β模型来建立涂层厚度生长模型。涂层厚度均匀性能指标用工件表面上每一点的漆膜厚度与整个工件表面的平均漆膜厚度之间的方差来表示。在求解最优轨迹的过程中，设定喷枪始终垂直于工件表面，并且为了简化问题求解的难度，将喷枪轨迹分为路径和时间(速度)曲线两个独立部分确定。在已知工件曲面模型的前提下，本文利用相关直觉经验独立建立了一条符合最优规则的喷枪路径。在喷枪路径确立之后，我们求解最优轨迹的问题维数大大下降，可以利用有限元法结合差分拟牛顿法搜索求得最优速度序列。 本文在求出最优解序列后，独立指出算法中各参数的具体物理意义以便建立相关计算机仿真，同时还独立求出了最优速度曲线的抛物线插值公式，曲面变换中喷枪方向的旋转矩阵，从而可以继续进行下面工作，由最优速度序列插值并附加相应点的喷枪方向得到直角空间坐标系中的喷枪最优轨迹。最后还在已知Motoman-UP20机器人运动学逆解的基础上提出如何考察计算机求出的喷涂最优轨迹上各点的可实现性验证方法，为计算机准确仿真打下了坚实的基础。 |
| 作者： | 莫怀训 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 罗飞 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华南理工大学 |
| 学位年度： | 2007 |
| 正文语种： | 中文 |
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