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《西安理工大学》 2008年
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喷漆机器人若干关键技术研究

张永贵  
【摘要】: 喷漆(或喷涂)机器人是机器人技术与表面喷漆工艺相结合的产物,是工业机器人产品中的一个特殊品种,相对于其他工业机器人,喷漆机器人在使用中的特殊之处在于末端要求较高速度的轨迹运动,而且必须在整个喷漆区保持速度均匀;二是工作环境提出防爆要求;三是它施加于工件的介质为半流体状,因此要求漆、气管路不得悬于机器人手臂之外,以免破坏已喷涂表面。本文针对喷漆机器人的若干关键技术问题进行了以下研究: (1)结合喷漆工艺技术要求,给出喷漆机器人构型设计的方案。由该方案出发建立了机器人的运动学位移方程、速度方程和加速度方程,分别讨论了它们的逆解问题。同时,从少自由度机器人速度逆问题求解的需要出发,提出了一种根据机器人连杆速度递推公式,应用混合遗传算法来求解机器人速度逆解的新方法,这种方法不需要构造速度雅可比矩阵,编程简单,可在6自由度及少于6个自由度机器人的设计分析中应用。 (2)针对喷漆机器人设计中的工作空间综合问题,探讨了一种基于任务进行工作空间综合的方法,以一个典型任务空间作为机器人工作空间的子空间,把该子空间上的整体运动最佳灵活性作为目标函数,对机器人的运动学参数进行优化设计;根据工程实际中需要确定机器人与工件之间的相对位置的情况,结合喷漆机器人工作的需求,分析了现有评价机器人整体操作性能的指标的不足,提出了一种以平均操作性指标η和最差操作性指标D_(min)相结合的机器人工作子空间上整体操作性能评价指标:η—D_(min)指标,指出了喷漆机器人在任务空间上进行整体操作性能评价时,应该以η和D_(min)来联合评价,而性能波动性用η-D_(min)的值来评价。这一评价指标对于确定工件在机器人工作空间中的位置具有重要的意义。 (3)在6R机器人动力学模型研究的基础上,提出了一种基于动力学的机器人机构设计方法,这种方法使得设计者在每一个杆件设计完成后都可以得到它对机器人各关节的动力学贡献,根据杆件的动力学贡献,由设计者及时进行分析和必要的修改,可以减少设计工作的反复。并给出了一种从动力学角度进行机器人手臂优化设计的方法,为设计动力学性能良好的机器人提供一种手段。 (4)针对工程实际中广泛使用空气喷涂工艺以及已有的喷枪的模型与实际空气喷涂生产中喷枪漆雾沉积于工件表面的情形不符的情况,在试验的基础上,对空气喷枪喷漆过程中形成的漆膜厚度的分布规律进行了研究探讨,提出了反映椭圆喷漆区域内漆膜厚度分布的椭圆双β分布模型,并通过试验验证了该模型的正确性。在空气喷枪新模型的基础上,针对6自由度喷漆机器人进行六面体表面喷漆作业时的喷枪路径,探讨了喷涂时喷枪运动轨迹参数的优化方法,并考虑喷枪运动轨迹中的动力学问题,以寻求一条既能够保证工件表面喷涂质量,又使机器人在作业中关节驱动电机的负载及能量消耗最小的喷枪移动路径。优化结果对于喷漆机器人离线编程和示教编程都有一定参考价值。 (5)以一种由两轮差速驱动的AGV和一个6自由度的工业机器人构成的可移动操作喷漆的机器人构型为研究对象,从动力学角度出发讨论了其在设计和应用控制中需要注意的问题。主要考虑了作为移动平台的AGV在运动过程中操作机器人也进行操作动作的情形以及AGV和操作机器人单独工作的2种情形(情况2是情况1的特例)下,操作机和AGV移动平台之间的结构协调与控制协调问题,给出了操作机器人和AGV之间协调工作的条件表达式,对设计和控制这类机器人具有一定参考价值。 (6)针对喷漆机器人运动学参数的标定问题,结合D-H修正模型及基于距离的误差模型思想,分析了获得不同的末端位姿距离信息(全部的或部分的)时,识别机器人运动学参数误差的可行性,探讨了根据部分末端位姿距离信息,直接运用运动学方程中的相关项建立方程组,采用混合遗传算法求其最小二乘解的运动学参数误差识别方法。仿真分析与实验结果验证了上述方法的可行性和有效性。
【学位授予单位】:西安理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TP242

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【引证文献】
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4 邓嘉鸣;何辉辉;;用于平面喷涂机的两种二自由度并联机构动力学分析与比较[J];机械科学与技术;2012年08期
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【参考文献】
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3 李博;;电动汽车导轨式电池快速更换结构设计[A];经济策论(下)[C];2011年
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8 王雪芹;;R0110铸造对开机匣支撑与底座结构设计与强度分析[A];科技创新与产业发展(A卷)——第七届沈阳科学学术年会暨浑南高新技术产业发展论坛文集[C];2010年
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10 邢军军;李善军;张衍林;;7YGS-45型自走式双轨道果园运输机设计与实验[A];中国农业工程学会2011年学术年会论文集[C];2011年
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1 董九志;带有主被动关节的辅助腹腔镜手术机器人研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
2 吴健荣;蒸汽发生器检修机器人样机研制及其关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
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2 孙威;Φ800mm通光口径纹影系统结构分析与设计[D];中国工程物理研究院;2010年
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1 刘攀;绳索牵引机器人及虚拟重力系统研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 董九志;带有主被动关节的辅助腹腔镜手术机器人研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
3 孙洪颖;卧式下肢康复机器人研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
4 田石祥;冲裁上料机器人设计与视觉伺服系统的研究[D];东华大学;2011年
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9 王东署;工业机器人标定技术研究[D];东北大学;2006年
10 王宪伦;不确定环境下机器人柔顺控制及可视化仿真的研究[D];山东大学;2006年
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1 户燕会;工业机器人的工作空间和误差补偿的分析与仿真[D];河南理工大学;2010年
2 梁春辉;拟人灵巧手的设计及其工作空间研究[D];浙江理工大学;2010年
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6 朱威;基于五参数的工业机器人误差补偿技术研究[D];南京航空航天大学;2010年
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9 赵志远;基于ARM与DSP的三维喷绘软件系统研发[D];中南林业科技大学;2011年
10 陈婷婷;4R多关节轮毂加工上下料机械手的运动分析与研究[D];沈阳工业大学;2012年
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【二级参考文献】
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