基于位姿识别的五轴机器人喷涂控制系统开发研究.pdf

基于位姿识别的五轴机器人喷涂控制系统开发研究 基于位姿识别的五轴机器人喷涂控制系统开发研究 摘 要 随着工业机器人技术逐渐成熟，使用机器人喷涂，不仅能够避免喷涂对工 作人员的伤害，提升喷涂的效率，并且喷涂厚薄均匀，而不会像人工喷涂一样 不均匀。现代喷涂行业越来越多地使用机器人进行喷涂，但大多数被国外企业 垄断，喷涂机器人的技术上无法与国外竞争，因此就需要一种能够较好复现喷 涂轨迹的自主研发喷涂机器人。本文的主要研究工作及思路包括： 针对具体实验工件及喷涂需求，完成五轴喷涂机器人机械构造设计，利用 SolidWorks进行三维建模。利用D-H 法则进行喷涂机器人的运动学分析，建立 其运动学模型，确认连杆参数，通过齐次变换矩阵求解出喷涂机器人的正、逆 解，通过MATLAB 机器人工具箱进行后三轴建模及正反解验算。同时搭建硬 件环境，根据参数计算所需的伺服电机，对控制所需的运动板卡、伺服电机驱 动器、传感器等进行选型。 围绕五轴喷涂机器人喷枪末端复现示教轨迹的目的，利用LabVIEW 软件 完成五轴机器人控制程序的编写，并且进行人机交互界面设计。梳理机械手的 喷涂流程，即完成一块工件复现喷涂所要进行的步骤，针对每一步编写程序。 同时完成底层控制框架搭建，实现电机控制，查看各轴状态，设定限位等功能。 本课题主要特点及技术关键为提出使用模块化控制思维，针对喷涂不同步 骤问题，编写不同功能模块程序，灵活控制并优化机器人喷涂轨迹，对于不同 位姿喷涂工件自动生成矫正后的喷涂轨迹。提出利用模糊PID 平滑其示教轨迹 用于复现，自动调整PID 值适应其轨迹。给出跟随功能，运动插补功能，引入 直线与圆弧插补规划方法，对机器人的运动加速度与速度重新规划。重点提出 位姿识别矫正功能，为实现该理论，利用XYZ 的旋转算子，计算位姿矩阵，将 静态示教时的笛卡尔坐标系转换至偏移后的坐标系，规划出新的曲线进行复现。 本课题主要创新点为通过将已获得人工示教数据与工件实时位姿识别数据 结合来重新规划控制机器人复现喷涂轨迹，使人工示教喷涂工件与机器人复现 喷涂工件尽可能相同，解决柔性控制问题，并使喷涂机器人适用于喷涂工件更 换频繁的情况。 同时二次开发一款的六轴机械手，提出位姿识别喷涂系统运用于其他机械 手的方式，将普通示教轨迹当中的XYZ 角度转换成ZYZ 欧拉角。将六轴机械 I 浙江工业大学硕士学位论文 手与五轴喷涂机器人进行对比，明确本课题中设计的五轴喷涂机器人的优缺点 及其不可替代性。 设计实验，以验证系统中各个模块功能是否完成相应的目的及精度。完成 PID 机器人重复精度、 轨迹控制、复现精度、位姿识别实验，提出运用最终效 果膜厚的方式验证，验证算法的正确性，验证人工示教数据与工件实时位姿识 别数据结合重新规划这一创新点的可行性。 关键词：喷涂机器人，LabVIEW 控制，复现轨迹，位姿矫正 II 基于位姿识别的五轴机器人喷涂控制系统开发研究 DEVELOPMENTAND RESEARCH OF FIVE-AXISROBOTAPRAYING CONTROL SYSTEMBASED ON POSERECOGNITION ABSTRACT As industrial robotics technology matures, the use of spray-painting by industrialrobot can not only avoidtheharm of sprayingto staff,but alsoimprovethe efficiency of spraying. At the same time, it comes out with the same effect on the sprayed surface,instead ofuneven thicknessasmanual spraying.Although more