喷涂机器人路径规划方法分析与展望

针对喷涂领域,喷涂路径规划算法决定了喷涂机器人在喷涂过程中的涂层均匀性、喷涂周期、喷涂质量。基于复杂表面特征工件,从对复杂表面的处理和喷枪轨迹优化两方面简述了喷涂路径规划方法的研究现状,特别对基于优化数学模型和基于智能算法路径规划作了重点介绍。最后分析了喷涂路径规划研究趋势并提出机器视觉和自学习算法相结合的智能喷涂轨迹规划方法。     

管道喷涂机器人喷枪运动速度优化

为提高机器人喷涂时涂层厚度均匀性,首先根据机器人喷涂时涂层形状呈椭圆形的实际情况,选择双β分布喷枪模型对涂层厚度分布进行描述,在此基础上分析喷枪运动过程中涂层厚度累积机理。通过喷枪匀速运动条件下的圆形管道喷涂实验,研究管道内壁涂层厚度与涂料涂着效率变化规律之间的关系,提出机器人喷涂作业时喷枪运动速度优化方法,即保持喷枪运动速度与涂料涂着效率之间比值恒定。实验结果表明,该速度优化方法可有效提高涂层厚度均匀性。     

面向复杂曲面的喷涂机器人喷枪轨迹优化

根据试验数据推导出平面上的涂层累积速率二次函数后,对复杂曲面进行分片,在每一片上进行喷枪轨迹优化.为保证曲面上涂层厚度的均匀性,按照两片交界处喷枪路径的位置关系分三种情况讨论涂层厚度的计算方法和喷枪轨迹优化问题,并采用最速下降法和模式搜索法进行求解.通过计算机仿真验证了数学模型和优化算法的可行性,证明出当喷枪路径平行于两片的交界线时工件表面的涂层均匀性最佳.     

机器人等离子喷涂轨迹间距优化及实验研究

在等离子喷涂快速制造金属模具工艺中,采用机器人等离子喷涂成形工艺,在被喷涂原型表面生成具有较高硬度的耐磨金属涂层.机器人喷涂路径规划是影响金属涂层成形性的关键因素,而轨迹间距是机器人喷涂路径中的重要参数.通过对机器人等离子喷涂几何模型的实验研究,从而确定了最佳的轨迹间距,为合理的机器人喷涂路径规划提供了依据.     

船舶工业机器人曲面喷涂喷枪轨迹离线规划

以喷涂速度、喷涂高度和轨迹间距为优化对象,建立曲面漆膜厚度分布模型,结合曲面外形,以漆膜厚度最均匀为优化目标,以粒子群算法为优化算法获取最优喷涂参数组合;运用非均匀有理B样条(NURBS)技术拟合曲面,利用曲面控制顶点生成喷枪路径,结合路径与最优喷涂参数组合得到曲面喷涂轨迹.通过对船首外表面及平面、凹曲面、凸曲面、S型曲面的仿真分析,验证了喷涂机器人曲面喷涂喷枪轨迹离线规划方法的可行性和有效性.     

面向机器人喷涂的多变量涂层厚度分布模型

为了解决传统机器人喷涂模型在喷涂工艺参数改变时会失效的问题,该文将喷涂工艺参数作为模型变量,研究多变量喷涂模型的建模方法。首先,提出了一种基于β分布的涂层生长速率函数,并通过对其进行积分推导出涂层厚度分布方程;其次,通过分析、拟合喷涂实验数据,分别建立喷枪流量、喷涂距离与涂层生长率最大值的关系式,以及喷枪流量、空气压力与喷幅宽度的关系式,并将其代入到涂层厚度分布方程中,建立了以5种常变喷涂工艺参数为自变量的涂层厚度分布泛化模型;最后,通过实验对模型进行验证。结果表明:该模型能够根据工艺参数的变化预测相应的涂层厚度分布,且平均预测误差小于4.3%。     

用于空间内曲面喷涂的冗余度机器人轨迹规划方法

该文针对冗余度机器人的轨迹规划问题进行研究,以实现航空工业中特定空间弯曲管道内表面的自动化喷涂作业。在建立复杂内曲面约束和冗余度机器人运动学模型基础上,通过求解冗余度机器人的逆运动学方程,建立适用于一般空间曲管类零件内曲面喷涂作业的冗余度机器人轨迹规划方法。在仿真中使用此方法,得到了不同情况下冗余度机器人的无碰撞喷涂轨迹。在喷涂应用中使用此方法,冗余度机器人完成了无碰撞的喷涂作业,经检测涂层的厚度和均匀度满足工艺要求。     

喷漆机器人喷枪最优轨迹规划的研究

研究了喷漆机器人枪最优轨迹的规划,该规则的目的是要确定一条命名得工件表面涂层厚度差异达到最小的喷枪最优轨迹。文中首先对喷枪最优轨迹规划问题建立了数学模型,然后确定了具体的算法,对工件表面为正方形平面的情况进行仿真,得出优化仿真结果,论证该方法的可毛,生最后分别对工件表面为圆锥面的情况和一般情况提出基本构想。     

直纹曲面喷漆机器人喷枪轨迹多目标优化

针对直纹曲面上喷漆机器人的喷枪轨迹多目标优化问题,通过平面喷漆实验,采集各点膜厚数据,运用MATLAB遗传算法工具箱拟合β分布,建立直纹曲面漆膜厚度生长模型.将曲面离散为点集,采用三次B样条曲线拟合生成初始喷枪轨迹.以曲面上各点漆膜厚度均匀和喷涂效率高为目标建立喷枪轨迹多目标优化模型,并采用改进的快速非支配排序遗传算法对该模型求解,获得喷枪轨迹最优解集,最终实现了直纹曲面喷枪轨迹的优化目标.通过实例结果对比验证了该方法的有效性和实用性.     

喷漆机器人喷枪最优轨迹规划的研究

研究了喷漆机器人喷枪最优轨迹的规划 ,该规划的目的是要确定一条使得工件表面涂层厚度差异达到最小的喷枪最优轨迹 文中首先对喷枪最优轨迹规划问题建立了数学模型 ,然后确定了具体的算法 ,对工件表面为正方形平面的情况进行仿真 ,得出优化仿真结果 ,论证该方法的可行性 ,最后分别对工件表面为圆锥面的情况和一般情况提出基本构想     

变参数下的空气喷枪涂层厚度分布建模

首先分析了影响空气喷枪涂层厚度及喷涂机器人作业过程中的可调和常变因素,然后利用BP神经网络方法对平板直行喷涂实验获得的实验数据加以拟合,建立以喷涂距离、喷枪移动速度、喷枪流量和测量点与喷枪轴线距离作为输入的喷枪喷涂模型。与传统模型相比,该模型用相对少量的实验数据就可以预测不同喷涂距离、喷枪移动速度和喷枪流量下的涂层厚度分布。实验数据表明,该模型准确、有效。     

喷涂角度对螺栓表面涂层厚度均匀性的影响

针对工程中采用铝涂料涂覆螺栓时螺栓表面铝涂层易出现的厚度不均匀问题,研究喷涂角度对螺栓表面涂层均匀性的影响规律。对喷涂系统的喷嘴和螺栓进行建模,通过计算流体动力学仿真软件Fluent建立了雾化流场的气液两相流物理模型,使用DPM模型分析了流场中气相和液相的相互作用,获得了在不同角度下的喷涂流场,预测了螺栓表面液膜沉积厚度。搭建了喷涂试验系统并与模拟结果进行了验证,模拟和试验研究均表明在喷涂角度为30°时螺栓表面涂层均匀性最佳。     

球形面喷涂成膜特性研究

针对球形面喷涂成膜气液两相流动耦合过程,利用欧拉-拉格朗日法建立球形面喷涂成膜模型,模型包括连续相模型、离散相模型和撞击黏附模型,并采用多面体网格和SIMPLE算法对其进行求解.数值模拟结果表明:球形面喷涂喷雾流场形态与平面喷涂喷雾流场形态在扩散区基本相同,但在成膜区球形面喷雾流场气相速度更大、覆盖范围更广;喷雾流场中的大粒径液滴和中等粒径液滴是形成涂料液膜的主要来源;球形面喷涂涂膜轴向投影为椭圆的球面,平面喷涂涂膜为椭圆面,两者涂层厚度均沿椭圆径向方向递减;球形面喷涂涂层厚度比平面薄,涂膜分布范围比平面小,涂料涂着率比平面低,但涂层均匀性比平面好;随着球形面直径增大,球形面喷涂涂膜覆盖范围逐渐扩大,涂层厚度增大,涂着率增大,涂层厚度均匀性增加.喷涂实验验证了球形面喷涂成膜特性.     

电弧喷涂快速模具内应力检测和喷涂工艺优化

以降低电弧喷涂厚涂层内应力为目的,对曲率法所依据的Stoney公式进行了修正。采用修正后的曲率法较稳定可靠地检测出了厚涂层的平均内应力,优化了喷涂工艺,提高了模具的成形精度,并成功应用于长为2m的汽车外饰钣金件冲压模具制作。实验研究喷涂工艺(喷涂距离、喷涂电流、扫描轨迹和扫描速度)与涂层内应力之间的定量关系后发现:涂层内应力与单层涂层厚度呈现相似的变化趋势,但变化比例并不是一一相对应的;内应力随喷涂距离和扫描速度的增加以及喷涂电流的减小而递减,受扫描轨迹影响最显著。通过优化工艺,使涂层内应力降低了27.5%~63.9%。     

机器人曲面磨削轨迹的曲率自适应规划算法研究

机器人在曲面类零件加工中应用日趋广泛,针对自由曲面轨迹规划困难、工件表面粗糙度均匀性难以控制等问题,提出一种能适应曲面曲率变化的机器人曲面磨削轨迹规划方法.基于赫兹理论分析机器人磨具与工件表面的接触应力变化,通过求解材料去除模型计算出曲率影响下的相邻磨削轨迹行距,得到了曲率自适应的磨削轨迹;然后通过恒等弦高误差算法求解...     

三次均匀B样条在工业机器人轨迹规划中的应用研究

工业机器人在加工不规则工件时用直线和圆弧轨迹逼近工件外形的方法不能满足加工要求。为了解决这一问题,研究三次均匀B样条曲线拟合方法在工业机器人轨迹规划算法中的应用,目的是使机器人末端以三次B样条的曲线轨迹通工件上各加工点。首先,分析三次均匀B样条曲线的特性,给出了三次均匀B样条曲线的表达式。然后,在增加曲线自由端点条件后、使用追赶算法快速反算出控制点;使用预估校正的方法对速度进行规划,使机器人末端速度以梯形加减速规律变化。最后,以国产某型号工业机器人为本体,对所提算法进行仿真验证,给出了该型机器人的关节连杆模型和D-H参数。仿真效果良好,证明该算法具有可行性。     

任意曲面的热喷涂机器人路径研究与开发

机器人离线编程是一种新兴的虚拟现实技术,它使用计算机图形学建立机器人以及工作环境的模型,通过图形化的虚拟车间进行机器人路径的规划.鉴于目前机器人制造商并未针对热喷涂这一特殊行业设计专门的机器人离线编程软件,本文研究了基于ABB公司的离线编程软件Robot StudioTM以及有限元分析软件ANSYS来实现为热喷涂行业提供的优化机器人路径生成策略,用以实现复杂零件的机器人自动喷涂程序.研究结果表明使用此策略创建的机器人轨迹是连续而平滑的,更适于实际工业应用.     

基于视觉识别的民机零件专用自动喷涂系统

针对民机喷涂零件种类繁多、摆放位置不固定、无夹持装置等问题,研发了一套基于视觉识别的自动喷涂系统。该系统使用工业相机获取筛盘上零件的二维图像,对零件进行初步分类和定位。使用5轴三维测量机构获取点云数据,采用粒子群优化算法(particle swarm optimization, PSO)进行点云和三维模型的位姿匹配。根据匹配结果,采用曲面分片的方法规划喷枪路径,用Bézier曲线生成机器人关节轨迹。最终在240 s的节拍内实现多种繁杂零件的自动化配准,平均配准精度达2.11 mm。机器人能够自动进行喷涂作业,且喷涂质量满足航空零件要求。     

喷涂机器人轨迹编程技术综述

机器人喷涂在现代智能涂装系统中发挥着重要作用。运动轨迹规划是喷涂机器人的核心功能和喷涂工艺的关键环节。通过研究国内外喷涂机器人运动轨迹规划的应用现状,介绍和对比了人工示教和自主轨迹规划两种轨迹编程技术的工作原理和特点。针对产品个性化生产要求的提高和AI大模型的快速发展,对AI柔性喷涂技术进行了展望,为未来进一步深入研究提供参考。     

高分辨率快速成形系统涂层厚度研究

涂层性能是影响高分辨率激光快速成形系统制作精度和制作分辨率的重要因素.为获得更薄的涂层厚度,高分辨率激光快速成形系统采用活塞式涂层系统.为提高活塞式涂层系统的涂层性能,研究了活塞式涂层系统涂层参数对涂层厚度的影响,建立了涂层厚度模型.实验研究表明:涂层厚度随添加树脂量及刮刀间隙的增加而增加,涂层厚度随刮刀速度及刮刀厚度的增加而减小.试验中还发现活塞式涂层系统的涂层厚度随制件高度增加而增大.为解决该问题,提出了通过实验方法在建立制作过程中涂层厚度关于制件高度及刮刀速度的经验模型;随着制件高度的增加,对刮刀速度进行动态优化,实现涂层厚度的均匀化.