五自由度喷涂机器人轨迹规划研究

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1、独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中己经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：杯码曰期.•仅妒年/月（1S学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫

2、描等复制手段保存和汇编本学位论文。本论文属于保密口，在不保密（ya年解密后适用本授权书。学位论文作者签名：杯日期:〃）p///年/月1）曰〈请在以上方框内打〃.；〃）冋！）帀锂名，1?乡带1J日期：zo〃年/月8~日摘要IAbstractII1绪论1.1课题的背景与研究意义(1)1.2喷涂机器人研究现状(2)1.3本文研究的主要内容(4)2喷涂机器人的运动学分析2.1机器人运动学基础(6)2.2喷涂机器人连杆坐标系的建立(8)2.3喷涂机器人的正向运动学(9)2.4喷涂机器人的逆向运动学(12)2.5本章小结(17)3喷涂机器人的轨迹规划3.1尖节空间中的轨迹规划(18)3.2笛卡尔空

3、间中的轨迹规划(20)3.3本章小结(28)4喷涂机器人软件系统的设计4.1喷涂机器人系统的结构(29)in4.2喷涂机器人软件系统功能(30)4.3喷涂机器人软件系统实现(32)4.4本章小结(35)5喷涂机器人系统实验5.1软件设计方案(37)5.2测试实验(39)5.3本章小结(41)6总结与展望6.1全文总结(42)6.2研究展望(42)致谢(43)参考文献(44)附录1攻读硕士学位期间发表的论文(48)附录2示教实验数据(49)机器人是一种特殊的多功能电子机械装置，它以自动化为目标•同时具备编程幵发能力，可以通过程序来实现控制，来应对各种各样的工具，零件，材料和专用设备，能适

4、应多种任务要求而不改变系统的硬件⑴。机器人技术是一门综合型的学科，是多种技术的结合应用，将机械工程，计算机技术，控制理论，仿生学等融为一体⑵O机器入具有高度的灵活性，具有广泛的可达区域，高强度和持久重复在各种环境下从事劳动，具有很强的适应能力，能代替入在危险场所从事工作，而且动作准确性高，具有广泛的通用性，能処理不同的工作要求，能完成不同的作业任务，能显著提高效率和大幅降低成本°1.1课题的背景与研究意义大多数的工业机器人都在从事着简单，重复，繁重的工作，以及处于恶劣的环境，如喷涂等［3】。喷涂是一个非常重要的工业生产过程，可以有效防范外部环境的侵蚀，能提高工件的使用寿命和美化工件的外

5、观。喷涂有着广泛的应用范围，涉及到许多领域如塑料、五金、汽车、电器、船舶，是现在一种广泛使用的涂层方法⑷。喷涂中的主要问题是，在喷涂过程中挥发出来的溶剂和高度分散的漆雾，会产生大量苯、醛类、类等有害物质，造成严重的环境污染，又不利于人类健康，而且也浪费油漆•造成了经济损失⑸。喷涂机器人很好的融合了机器人技术与喷涂工艺•为这些问题提供了解决方案。喷涂机器人•也称为喷漆机器人(spraypaintingrobot)，是一种可以自动喷雾或油漆，在1969年由随后纳入ABB集团的挪威Trallfa公司发明⑹。喷涂机器人主要包括机器人机构、计算机及其配套的控制系统，采用喷涂机器人主要目的是实现喷

6、涂作业的自动化，有利于提高设备利用率和劳动生产效率，同时能提高质量和减少消耗，而且避免了人工喷涂作业工人长时间处于恶劣环境而造成对身体的危害⑺。喷涂机器人的应用越来越广，然而我国对机器人技术的研究起步较晚，虽然有不少国内的高校中开究所正在进行研发，但与该领域的世界强国相比，还是有着较大的差距。同时由于受到大多数国内企业生产水平比较低的影响，从国外引逬的机器人并不能很好的适应这种的现状，造成了浪费。近年来*喷涂机器人的价格不断下跌，相反，劳动力成本不断增加，对机器入的需求更为明显。喷涂作为制造业中一道必不可少的工序•以自动化作业来取代传统的人工喷涂的需求显得尤为迫切，但目前的喷涂设备由于

7、成本等各种原因的限制，无法满足企业的要求⑹。轨迹规划作为机器人控制系统中不可缺少的重要功能，喷涂机器入的自动化喷涂作业最终落实于轨迹规划的效果，轨迹规划算法的可行性与可靠性影响着喷涂机器人的喷涂质量，因此研究喷涂机器人的轨迹规划对满足自动化喷涂需求具有非常现实的意义。1.2喷涂机器人研究现状1.2.1喷涂机器人国内外研究现状在过去三十几年里，国外的相尖行业中的喷涂应用得到了很大的发展，无论是机械技术，喷涂设备和材料，还是运动学算法以及防爆及其配