基于曲面CAD模型的喷涂轨迹规划系统研究

论文摘要

喷漆机器人作为一种先进的涂装生产设备已广泛应用于产品内外表面的喷涂,由于现代工业产品外形相当复杂,如何实现涂层均匀化变得极为重要。其中,喷涂轨迹规划是实现涂层均匀性的关键步骤。自动轨迹规划克服了示教轨迹规划的众多缺点,将工业喷涂过程所需的三维信息通过CAD模型输入到交互式喷漆机器人轨迹规划系统,能根据输入信息自动产生喷漆机器人喷涂轨迹。实现喷涂轨迹自动规划决定着整个喷漆机器人离线编程技术是否能得到广泛应用,已经成为一个活跃的研究领域,许多研究人员正在进行机器人喷涂轨迹建模、优化等方面的研究。针对国内外对喷涂轨迹规划领域研究的现状及其不足,本文着重在三维CAD模型信息、涂层沉积率模型、轨迹规划及轨迹仿真等几个方面进行研究。（1）基于产品三维CAD模型,利用多面体构造法将产品网格化,通过对投影面双向扫描构造Z-map模型提取喷涂节点坐标及三角面的法矢量。最终,实现了CAD曲面喷涂关键信息数据的提取存储。（2）涂料雾化后的微粒在工件表面上形成的沉积模型具有多种形状,对β分布沉积模型函数进行研究,推导出涂层在平面、曲面上以及过渡曲面的沉积厚度方程。（3）针对影响涂层效果的参数变量:喷枪速度、喷枪距离、喷涂轨迹间距离、喷涂轨迹运动方式、喷涂时间等,进行优化,建立了曲面喷涂轨迹优化的数学方程,实现两相交面的涂层最均匀化。（4）以某一具体轿车车身顶面为喷涂对象,首先选定沉积率模型参数,然后利用MATLAB软件编程计算出最佳重叠率,最后利用Pro/E的几何分析功能提取三角面片节点坐标及其法矢量,从而生成轿车车身顶面的喷涂轨迹。（5）基于OpenGL,用Visual C语言开发了三维喷涂仿真系统,实现了高速旋杯的造型、粒子喷涂、喷涂环境建模及喷涂系统工作场景视角的变化。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.2 国内外研究状况
• 1.2.1 国外研究状况
• 1.2.2 国内研究状况
• 1.3 课题的提出
• 1.4 主要研究内容和主要工作
• 第二章 非球型手腕六自由度喷漆机器人及喷涂系统
• 2.1 喷漆机器人简介
• 2.2 喷漆机器人的结构
• 2.3 高速旋杯式静电喷涂系统及其喷枪
• 2.3.1 高速旋杯式静电喷涂系统
• 2.3.2 喷枪的结构
• 2.3.3 涂料雾化与静电吸附
• 第三章 涂层沉积速率数学建模
• 3.1 涂层沉积速率模型
• 3.2 相邻轨迹重叠距离优化
• 3.2.1 轨迹重叠距离优化模型
• 3.2.2 轨迹重叠距离优化仿真
• 3.3 速度对涂层厚度的影响
• 3.4 圆弧过渡曲面涂层沉积模型
• 3.5 自由曲面涂层沉积模型
• 第四章 喷漆机器人喷涂参数优化
• 4.1 喷漆机器人喷涂路径
• 4.2 喷涂轨迹优化参数
• 4.3 喷枪轨迹优化模型
• 4.4 两面相交区域涂层厚度分布优化
• 4.5 喷涂迹轨插值优化
• 第五章 喷涂曲面模型三维信息提取
• 5.1 自由曲面
• 5.2 自由曲面三角面网格化
• 5.3 基于Z-map模型的喷枪轨迹生成方法
• 5.3.1 喷涂曲面投影平面网格化
• 5.3.2 Z-map模型提取信息
• 5.3.3 喷涂节点处三角面公共法矢量
• 5.3.4 喷枪轨规迹生成
• 5.3.5 喷涂轨迹节点信息存储
• 5.4 喷枪姿态描述
• 5.5 平面喷涂喷枪轨迹仿真
• 第六章 喷漆机器人轨迹规划仿真系统
• 6.1 喷漆机器人离线编程简介
• 6.2 喷漆机器人离线编程系统开发
• 6.3 轨迹规划及其仿真系统设计基础
• 6.3.1 VC环境下OpenGL与MATLAB编程
• 6.3.2 喷漆机器人轨迹规划仿真设计内容
• 6.4 基于MATLAB的喷枪轨迹规划系统
• 6.5 基于OpenGL的喷涂轨迹仿真
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文