基于自由曲面的工业机器人喷涂轨迹规划及仿真技术研究

摘要

近年来越来越多的自由曲面被应用在产品外形设计中，针对这类产品的传统人工喷涂作业方式，已经不能满足日益提高的喷涂质量要求。同时随着喷涂机器人在智能制造领域的广泛应用，以安全性好、适应性强的机器人离线编程及仿真技术已经受到业内广泛关注。
　　利用机器人离线编程技术，能够较大的提高工件表面的喷涂质量。但现有喷涂轨迹生成法主要适用于外形简单的工件，针对由多个自由曲面组成的复杂曲面规划的轨迹喷涂效果较差。针对复杂曲面的喷涂轨迹规划问题，本文提出了一种基于最小厚度约束的喷涂轨迹生成方法。基于上述方法本文对以下相关内容进行了研究。
　　（1）喷涂厚度累积模型构造技术。建立精确的喷枪喷涂累速率积模型是进行喷枪轨迹规划的基础。首先建立基于平面的喷涂累积速率模型，然后利用投影法建立基于自由曲面的喷涂累积速率模型，同时在已知喷枪喷涂累积速率模型后，对自由曲面的喷涂累积厚度计算做了研究。
　　（2）复杂工件曲面造型技术。本文对喷涂区域的参数曲面进行缝合，并对缝合后的曲面进行三角网格化处理。该方法避免了需要对复杂曲面的分片处理的问题，以提高轨迹规划的效率。同时对三角网格数据用半边数据结构进行封装，以加快对三角网格曲面数据处理的效率。
　　（3）离线喷涂轨迹规划算法。在基于喷枪喷涂流量、喷涂速度、喷枪喷涂高度等工艺参数下，提出满足最小厚度约束的喷涂轨迹规划算法。该算法能够适用于由多个自由曲面组成的复杂工件。同时根据规划出的轨迹计算出喷涂区域的累积厚度。
　　（4）喷涂机器人离线仿真技术。在自主研发的机器人离线仿真平台RobMan中构建出实际的机器人喷涂工作站。同时提出一种机器人与旋转外部轴的协调运动方法。最后通过机器人运动仿真对喷涂轨迹进行验证，并利用Matlab对喷涂区域的累积厚度进行了三维可视化仿真。

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