施釉机器人离线示教仿真技术

论文摘要

陶瓷施釉是卫生陶瓷生产中一个重要的工序,人工施釉不仅难以保证质量稳定,而且恶劣的施釉环境严重影响工人的身体健康;机器人施釉已经在卫生陶瓷行业中有所应用,但由于卫生陶瓷表面复杂,施釉作业中喷枪运动轨迹的获得一直是施釉机器人应用的瓶颈问题,制约了机器人在卫生陶瓷生产中的推广。因此,研究一种效率高、易操作的示教方式和示教系统,对卫生陶瓷的发展和机器人应用具有重要意义。以唐山惠达陶瓷集团施釉机器人工作环境为背景,提出一种将手把手示教和离线示教相结合的施釉机器人离线示教仿真系统和示教方法。建立一个示教机构,采用手把手牵引示教机构对工件进行施釉示教,用数据采集卡采集示教过程中机构关节角度的变化,获得示教轨迹。示教的整个过程在虚拟环境中重现,并根据虚拟环境中工件表面釉层厚度的分布来调整示教轨迹,将最终生成的合理的示教轨迹程序下载到实际机器人,用于控制实际施釉运动。对示教机构进行了设计,该机构与实际施釉机器人具有相同的自由度、结构尺寸及实际工作空间,但各关节无驱动电机和减速器,仅有脉冲编码器测量关节转角,采用轻质细杆结构,大大减小了手把手示教过程中的操作负载;对示教机构的静平衡进行了分析和设计,提出了一种弹簧平衡外加摩擦力矩的方法,实现了示教工作空间内的静力平衡;建立了示教机构的运动学模型,为示教轨迹的验证提供了理论工具;采用激光扫描仪对工件进行扫描,获取表面点云数据,研究了大型工件点云数据的去噪、精简和对齐等处理方法,快速生成曲面模型,为后续虚拟环境的建立提供了CAD模型和数据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 第1章 文献综述
• 1.1 机器人示教的研究
• 1.1.1 机器人示教发展
• 1.1.2 机器人在线示教
• 1.1.3 机器人离线示教
• 1.1.4 机器人虚拟示教
• 1.2 陶坯施釉中的机器人应用
• 1.2.1 陶坯施釉的研究
• 1.2.2 机器人施釉的应用
• 第2章 施釉机器人示教系统
• 2.1 示教系统的提出
• 2.2 示教系统的构成
• 第3章 示教机构
• 3.1 示教机构的建立
• 3.2 机构的结构分析
• 3.3 机构平衡设计
• 3.4 机构运动学分析
• 第4章 陶坯模型的建立
• 4.1 模型数据的获取
• 4.1.1 逆向工程的介绍
• 4.1.2 工件表面数据的获取
• 4.2 模型数据的处理
• 4.2.1 点云数据的去噪
• 4.2.2 点云数据的精简
• 4.2.3 点云数据的对齐
• 4.2.4 点云数据的特征提取
• 4.3 模型的建立
• 4.3.1 曲线拟合造型
• 4.3.2 曲面拟合造型
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 导师简介
• 作者简介
• 学位论文数据集