【摘 要】
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机器人喷涂取代人工喷涂,可以保证喷涂加工的质量和稳定性,提高喷涂加工效率,并避免人工喷涂时对工人健康的损害,提升喷涂加工的生产效益。但传统的机器人喷涂多采用人工示教
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机器人喷涂取代人工喷涂,可以保证喷涂加工的质量和稳定性,提高喷涂加工效率,并避免人工喷涂时对工人健康的损害,提升喷涂加工的生产效益。但传统的机器人喷涂多采用人工示教喷涂的方法进行现场喷涂实验,以生成喷涂路径及评估其喷涂效果,该方法需要反复试验才能取得较好的喷涂路径,需要耗费大量时间以及材料,且示教喷涂损害操作者健康,已无法满足现代喷涂加工的要求。所以本课题通过研究机器人图形仿真技术以及喷涂加工工艺,开发一款具有喷涂效果仿真功能的喷涂机器人仿真系统,以提高喷涂机器人编程的效率和喷涂加工的质量,改善机器人喷涂的工艺过程。为了开发机器人仿真系统,本研究开展了以下方面的工作:根据项目中合作公司的喷涂机器人的机械结构,建立了机器人的连杆参数列表,并求解了该机器人的正运动学和逆运动学数学模型;然后通过研究空间轨迹生成算法,编写了机器人空间运动的加减速速度规划、直线插补以及圆弧插补的运动算法程序,实现了仿真系统的轨迹生成功能。针对喷涂机器人的喷涂工艺研究,对喷涂机理、喷涂系统以及喷涂涂膜累积厚度模型进行探讨,分析影响机器人喷涂质量的因素,提出了椭圆双高斯和分布模型,并通过实际喷涂实验进行分析研究,求解了该模型的待定参数,验证了模型的实用性。针对仿真系统的功能需求,构建该系统软件的总体方案,将系统分成了用户交互、三维场景、运动仿真、轨迹生成、喷涂仿真以及文件系统等模块。着重讲解了其中的运动和喷涂仿真模块:运动仿真模块主要通过Unity3D平台的函数使得各个关节模型进行相应的转动,实现机器人运动的仿真;喷涂仿真模块则通过计算出被喷涂工件的涂膜厚度信息,然后根据涂膜厚度调整被喷涂工件模型顶点的颜色值,实现涂膜厚度的图形仿真。最后对已建立的机器人仿真系统进行测试与运行。针对机器人运动仿真功能和喷涂涂膜仿真功能进行了测试,并通过分析仿真生成的运动轨迹数据以及涂膜厚度数据,验证了系统的可靠性和实用性。
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