六自由度喷涂机器人结构设计及控制

天津大学硕士学位论文六自由度喷涂机器人结构设计及控制姓名：邢东升申请学位级别：硕士专业：机械制造及其自动化指导教师：张大卫20080601六自由度喷涂机器人结构设计及控制作者：邢东升学位授予单位：天津大学相似文献(5条)1.期刊论文蔡蒂.谢存禧.张铁邹.焱飚.CAIDi.XIECun-xi.ZHANGTie.ZOUYan-biao基于蒙特卡洛法的喷涂机器人工作空间分析及仿真-机械设计与制造2009(3)根据喷涂机器人工作情况,在求解多关节喷涂机器人的工作空间时,比较当前各种机器人工作空间求解方法,提出采用蒙特卡洛法分析其工作空间并通过机器人正向运动学方程求解得到机器人末端点的集合,从而有效地得到六自由度喷涂机器人的可达工作空间,取得了良好的效果.2.学位论文杜亮臂关节偏置的喷涂机器人运动学关键技术的研究2007机器人运动学控制是机器人运动控制的基础。为了实现对机器人运动进行控制，本文对所研制的关节偏置式喷涂机器人的运动学的几个关键问题进行了研究。首先采用D-H矩阵方法实现了所研制的喷涂机器人运动学建模。该机器人采用六关节全旋转式机械机构，前三个关节控制喷枪的位置，后三个关节控制喷枪的姿态；出于为了降低机器人重心，而在机器人臂关节采用了偏置结构。利用Paul等人提出的代数解法对其各关节的转角和喷枪的位姿之间的关系进行了计算，得出了简化的运动学逆解的代数解，对于存在多个逆解的问题，给出了在插补过程中选择最优逆解的方法。在此基础上求解了机器人运动学雅可比矩阵，并以此为根据求解了机器人的奇异位姿。对于机器人各种原因引起的误差，我们先把各误差转换为D-H矩阵参数误差，再把各参数误差引起的位姿误差进行分析，求出6个轴的位姿补偿数值，从而实现误差补偿。喷涂机器入作业时需进行连续精确的路径规划。我们提出了一种喷涂机器人连续轨迹位姿规划算法。此方法基于笛卡儿空间定时插补算法，包含4个方面内容：特征点提取、曲线拟合、通过位置插补和姿态插补确定插补点，并用逆运动学方程求出各关节转角。而在非工作时，我们采用关节空间规划法，使机器人在到达工作空间时达到需要的速度。此方法特别适用于喷涂机器人连续精确的路径规划。定义了机器人轨迹规划所需要的几种基类。并且采用这种算法，我们在visualc++环境下编写了作业时的直线轨迹规划插值程序。3.学位论文周小明集装箱内表面喷漆机器人运动及动力特征分析2008随着我国对外贸易的繁荣，集装箱制造业在我国得到飞速的发展。目前我国集装箱生产能力占全世界生产能力的96％以上。集装箱自动化喷漆，特别是集装箱内表面自动化喷漆已经成为集装箱制造业亟待解决的关键技术。因此，研究和设计一台能够适应集装箱内表面喷漆要求的机器人具有重要现实意义。本文在了解国内外喷涂机器人的研究及应用状况的基础上，设计了一台摇臂式仿生喷漆机器人来实现集装箱内表面的自动喷漆。论文首先分析了喷涂机器人的研究现状及应用前景，设计了一种集装箱喷漆机器人方案，利用So]idWorks软件建立了集装箱喷漆机器人的三维模型，并在ADAMS中建立了该机器人的虚拟样机。其次，通过D-H方法建立了坐标变换矩阵，对机器人进行了正运动学和逆运动学分析，推导了机器人关节速度和雅克比矩阵，再用蒙特卡洛法求解了机器人末端执行器的工作空间。然后，从理论上对机器人进行了动力学分析，由此确立了力、质量和加速度以及力矩、惯量和角加速度之间的关系。然后根据机器人末端执行器的运动情况完成了相应关节力矩的计算，使它们能以期望的加速度和速度运动，保证良好的位置精度。最后，利用ADAMS软件强大的仿真功能，对机器人进行了运动学和动力学仿真，得到了仿真曲线，验证了集装箱喷漆机器人方案结构设计和运动分析的合理性和正确性，为机器人的后续研究提供了理论及数据依据，为今后在机械设计中使用虚拟样机技术积累了经验。4.期刊论文陈世健.张铁.CHENShi-Jian.ZHANGTie基于Matlab的喷涂机器人运动学分析-机电产品开发与创新2008,21(5)运用改进的D-H法求解了三个腕关节轴线相交于一点的6自由度喷涂机器人的运动学方程.得出了简化的运动学逆解的代数解.在Matlab环境中.用RoboticsToolbox对该机器人进行了仿真建模,不仅证明运动学正、逆解的正确性,还得出了机器人的工作空间,也为后续的动力学分析、轨迹控制奠定了基础.5.学位论文张永贵喷漆机器人若干关键技术研究2008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Dmin相结合的机器人工作子空间上整体操作性能评价指标：η-Dmin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Dmin来联合评价,而性能波动性用η-Dmin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。本文链接：下载时间：2010年5月24日