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自动喷涂机器人自动轨迹生成系统的组成与结构

自动喷涂机器人自动轨迹生成系统的组成与结构

为了满足目前家具行业的要求,增强家具产品的视觉效果,考虑到家具喷漆应用的广泛性,用自动喷涂机器人

实现家具表面的自动喷涂很有实用价值。它能避免危害工人健康,提高经济效益(如节省油漆)和喷涂质量。由于自动喷涂机器人方便、快捷、准确、无毒、能够替代人在危险和恶劣环境下进行喷漆作业的优点,正被广泛应用在汽车、电器、家具等产品。在自动喷涂操作中,机器人的机械手绕待涂家具表面来回移动。适当的路径和其它的过程参数的选择都能够引起花费代价的巨大节省。

本文介绍了自动喷涂机器人自动轨迹生成系统的组成与结构,自动喷涂机器人喷枪轨迹设计大致思路,并且针对指定平面空间轨迹和未知自由表面空间轨迹两种隋况研究了自动喷涂机器人喷枪最优轨迹的规划,其目的是要确定一条使得工件表面涂层厚度差异达到最小的喷枪最优轨迹。

(1)物体造型模块

物体造型模块是系统整个流程的第一步,一般采用计算机辅助几何设计(CAGD)对物体进行造型,采用的造型方法有:COOns/Ferguson法、BeZier法、B样条法及其衍生NUB(非均匀B样条)法和NURB(非均匀有理B样条)法或它们的任意组合。B样条法因其局部传播性以及形状可控性突出,故使用很广泛。以上造型方法具有一定的数学精度,所形成的表面大多有很小的面积和曲率,能够满足连续性和光滑l生的要求,但是复杂的逻辑特点为轨迹处理带来了困难。为了减少喷枪轨迹生成时间,提高喷涂效率,需要为喷枪提供一条能够连续喷涂的路径,通常把造型生成的小面积整和成大块来减少喷枪路径的数目,已有的一些整和方法(如三角形近似方法能够满足这个要求。除此之外还可以通过标准图形接口(如IGEs)直接把其他CAD系统的CAD数据转换过来或通过扫描直接获得物体数据。经过造型后;系统CAD数据库中就存放了物体的CAD数据,为喷枪轨迹生成模块提供工件数据信息。

(2)喷枪轨迹生成模块

喷枪轨迹生成模块是整个系统的核心,主要完成喷枪轨迹的生成与优化工作,喷枪轨迹包括喷枪位置、方向和速度。通常被喷表面上任意一点的漆膜厚度是不同喷涂路径上产生漆膜厚度的累积。对于平面,通常要先建立喷涂过程中漆膜厚度生长模型和评价喷涂效果的目标泛函〔8l,并且为喷枪轨迹指定一条空间路径,通过选取一定的参数和特定的算法求解目标泛函的极值,喷枪轨迹优化工作在指定空间路径上完成。对于自由表面,需要预知表面的CAD模型、喷枪模型、厚度需求,通常采用界限盒子方法生成喷枪路径。由于喷枪位置与两条路径之间的重叠距离有关,通过确定重叠距离可获得喷枪路径位置,喷枪的方向通常选与被喷表面向量相反的方向。根据以上方法确定的喷枪路径,连同需求参数一起通过指定轨迹生成算法能产生最佳喷涂效果的喷枪轨迹。

(3)机器人运动轨迹生成模块

机器人运动轨迹生成模块的主要功能是根据机器人逆运动学原理,将喷枪轨迹生成模块所生成的喷枪运动轨迹转换成机器人各关节的运动轨迹。3喷枪漆膜生长数学模型假设工件静止不动,并采用笛卡尔坐标系XYZ描述其位置和形状。

本文考虑了把自动喷涂机器人应用到家具喷涂的实用性,讨论了自动喷涂机器人自动轨迹生成系统的组成与结构,提出了针对家具喷涂的自动喷涂机器人喷枪轨迹的设计方案。该方案以使工件表面漆膜厚度差达到最小为设计目标,在喷枪方向及空间路径为已知和未知两种条件下,分别给出了沿指定空问路径和基于自由表面的喷枪最优轨迹的求解方法,以解决自动喷涂机器人喷枪最优轨迹的规划问题。

虽然目前对自动喷涂机器人自动轨迹生成系统的研制工作已取得很大进步,但针对家具喷涂的机器人喷枪轨迹的研究还有待进一步深入,由于喷涂效果受多种因素的影响,如工件表面形状的复杂程度,油漆的粘滞性、挥发性、环境温度、大气压、空气湿度等等,因而如何找到更加精确的油漆空间分布数学模型,以及提出更好的轨迹优化方法都是今后进一步探讨的领域。