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機器人自動噴涂閥門等曲面工件的運動軌跡

碳素鋼、合金鋼閥門外表面處理一般采用機器人噴涂，需要兩涂兩烤，底漆面漆涂層要求均勻，連續平整、統一色澤、不起泡、無小孔、無刮痕。為對特定閥門工件的外表自由曲面進行精確噴涂，提出以閥門外形尺寸和機器人本體結構為約束條件，對噴涂機器人的工作空間進行了合理優化。


噴涂機器人將閥門噴漆工人從惡劣的噴涂環境中解放了出來，相比于傳統人工噴涂，機器人噴涂涂料利用率高，自動化程度高，噴涂效率也高。噴涂機器人具有較強的柔性，當用于多種、小批量噴涂任務。采用軌跡在線方式實現了全空間位姿控制，軌跡自由度、再現性都很高，工件涂層均勻、噴涂質量好等，從而得到廣泛的工業應用。


為對特定閥門工件的外表自由曲面進行精確噴涂，提出以閥門外形尺寸和機器人本體結構為約束條件，對噴涂機器人的工作空間進行了合理優化。利用MATLAB對多變量有約束非線性函數優化求解，得到了機器人主連桿桿長以及相應的關節轉角范圍；對閥門進行了參數描述，并建立噴涂軌跡路徑數學模型；通過基于ADAMS的虛擬樣機建模、運動仿真和MATLAB數值求解的相互協同和相互驗證，得到了合理的關節角逆解。通過優化后的逆解進行仿真噴涂驗證了軌跡規劃和優化求解方法的合理性。

由于機器人關節運動的強耦合性，使得其運動軌跡的控制極其復雜，而運動軌跡的精度也是多因素耦合的結果。影響精度的因素包括機器人零部件的加工制造誤差，機器人的安裝誤差，傳動機構的誤差，機器人連桿和關節的柔性以及機器人工作環境等。因此研究噴涂機器人再多因素綜合作用下的位姿精度問題也是現階段實際研究過程中必須要解決的難題。另外，噴涂機器人的全局性能指標分析和機器人協同作業也是現階段研究的熱點。


噴涂機器人在面對閥門等異形的類似復雜曲面或狹窄空間時，要求機器人手臂運動空間大、姿態和軌跡復雜靈活，因而噴涂機器人得采用六軸的自由度手腕。影響機器人工作空間的實際形狀和小大主要是大臂和小臂的參數決定。腰部參數只影響機器人工作位置的高低，機器人手腕結構尺寸較小，結構參數的變動范圍有限，因此串聯機器人工作空間是由大臂和小臂的長度以及關節角的轉動范圍來確定。