面向复杂自由曲面的机器人喷涂轨迹规划.pdf

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1、硕士学位论文面向复杂自由曲面的机器人喷涂轨迹规划RESEARCHONROBOTTRAJECTORYPLANNINGFORSPRAYPAINTINGOFCOMPLEXFREE-FORMSURFACE刘伟良哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TP242.2学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工程硕士学位论文面向复杂自由曲面的机器人喷涂轨迹规划硕士研究生：刘伟良导师：杨学博副教授申请学位：工程硕士学科：控制工程所在单位：航天学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIn

2、dex:TP242.2U.D.C:621.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONROBOTTRAJECTORYPLANNINGFORSPRAYPAINTINGOFCOMPLEXFREE-FORMSURFACECandidate：LiuWeiliangSupervisor：AssociateProf.YangXueboAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ControlEngineeri

3、ngAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要喷涂技术广泛应用在汽车制造、家具等领域，使用机器人代替人工进行喷涂可以显著的提升喷涂效率。实现适应性强、高效的喷涂轨迹规划是机器人喷涂技术中的重点和难点，由于喷涂轨迹规划后可以重复使用，故目前喷涂机器人主要应用于同种喷涂物品数量大的大规模生产环境，并使用人工操纵机器人

4、示教的方式以获取轨迹，但该轨迹规划方法效率低，不能适应喷涂物品批量小、种类多的小规模生产环境，且喷涂质量完全依赖于人的经验，对人工的需求高，另外喷涂示教现场的有害物质对人的危害也不可忽视。本文针对以上问题，研究了针对复杂自由曲面的自动轨迹规划和离线示教相结合的离线轨迹规划技术。为实现离线轨迹规划，本文首先研究了模型预处理与曲面分割技术，通过对实际获取的点云模型进行噪点去除、信息提取、曲面分割，获取利于轨迹规划的模型，为轨迹规划做了准备。自动轨迹规划部分，通过使用一系列平面与模型求交线的切片法获取轨迹点，并对轨迹点排序、截断、

5、喷涂方向设定以获取原始轨迹。此外提出算法实现了对模型边缘的原始轨迹的提取。获取原始轨迹后，提出了使用多项式拟合与样条插值相结合的方法获取光滑、指定间隔的轨迹点。在此基础上以直角坐标喷涂机器人的结构为例，介绍了机器人姿态的解算，并针对奇异点问题提出算法进行了解决。介绍了轨迹规划核心算法后，构建了离线轨迹规划系统，整合了各算法并引入了人机交互界面和模型与轨迹等信息的显示界面，基于界面实现了直观便捷的离线示教功能，并引入了辅助示教的功能提升离线示教的效率。最后，为了检测喷涂轨迹的质量，介绍了喷涂的机器人运动仿真和喷涂效果仿真，其中

6、喷涂效果仿真在介绍了现有仿真方法的基础上提出了一种更为简洁的建模方式，通过实现轨迹仿真直观的观察了轨迹的喷涂效果。此外，为了更准确的测试离线规划的轨迹的效果，进行了实际的喷涂实验，验证了本文所介绍方法的可行性。关键词：喷涂机器人；轨迹规划；离线示教；复杂自由曲面；轨迹仿真-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractSpraypaintingiswidelyusedinautomotive,furnitureandotherfields.Usingrobotsinsteadofhumantospraycanimprov

7、etheefficiencysignificantly.Achievinganadaptableandefficientmethodofspraytrajectoryplaningisthefocalpointanddifficultpointofthepaintingrobot.Becausethespraytrajectorycanbereusedafterbeingplanned,thepaintingrobotiswidelyusedinlarge-scaleproductionenvironmentwherethe

8、amountofthesamekindobjectsislarge,andthetrajectoryisplanedbyteaching.Butteachingisinefficiencywhichmakeitnotusefulinsmall-scaleproductionenvironm