管道喷涂机器人结构与位姿调整

《管道喷涂机器人结构与位姿调整》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、2015年2月第41卷第2期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsFebruary2015V01．41No．2http：／／bhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．10013965．2014．0163管道喷涂机器人：结构与位姿调整陈友东“，季旭东1，汤伟2(1．北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京100191；2．合肥工业大学机械学院，合肥23005

2、1)摘要：针对工业上大型管道内壁喷涂的需求，设计了用于喷涂管道的机器人，该机器人采用串并联结构形式，由支撑平台和串联机械手组成．支撑平台采用几何的方法建立数学模型，串联机械手采用D．H参数法建模；并在数学模型基础上给出了逆解方程．位姿调整时，对机器人进行初定位，利用激光跟踪仪测量出管道和机器人的位姿，求解出调整量，对机器人进行位姿调整，使喷枪旋转轴和管道轴线重合．管道喷涂机器人在工厂进行试验测试，测试结果表明该装备可以很好地实现管道的喷涂，提高喷涂质量和效率．关键词：异型管道；喷涂；机器人；位姿调整；串并

3、联结构中图分类号：TP242文献标识码：A文章编号：1001．5965(2015)02-0209-07喷涂是大型管道的必备制造工艺，具有防止管道内壁氧化和腐蚀、美化等功能⋯．人工喷涂效率低、精度差、污染大．喷涂机器人喷涂效率高、精度高、污染小、材料利用率高，能够替代人在危险及环境恶劣的场合下工作，因此得到了广泛的应用旧。1．国内外有关喷涂机器人的研究有很多．KUKA，ABB，Fanuc，motoman的喷涂机器人以关节式6R型机器人为主”11，适合产品的表面喷涂，无法应用于管道内部的喷涂．北京机械工业自动

4、化研究所研制的大型龙门式喷涂机器人，适用于大型或重型结构车体的喷涂作业，但不适合对管道内壁喷涂．Okamoto等人开发研制的管道机器人¨1，利用首尾两端管内流体形成的压力差作为驱动力向前运动，已经应用于管道检测；浙江大学研制的新型蠕动式气动微型管道机器人"1，采用压缩空气作为动力源，实现机器人在管道内的运动；Chen等人研制的S型管道机器人成本高，末端负载小u⋯；Liu等人研究了针对温室喷涂的机器人，不适用于管道喷涂⋯1．上述机器人均无法适用于大型管道喷涂，特别是异型管道．栾振兴研究的管道喷涂机器人，虽然

5、可以应用于大型管道喷涂，但是该机器人自由度相对较少，不具有灵活性¨“，不能适用于异型管道．本文针对大型管道内壁的喷涂，设计了一种管道喷涂机器人，该机器人可以适用于大型管道、异型管道的喷涂，建立了的机器人模型，给出了位姿调整算法，试验验证了该设计和调姿算法的正确性．1喷涂机器人1．1异型管道在工业制造领域中，大型管道为防止存储、运输和使用过程中的氧化腐蚀，基本上都要在成型后进行喷涂处理¨3

6、．异型管道是大型管道中比较典型常见的一种，它一般都是由不规则的形状拼接而成，如横断面轮廓非圆形、变壁厚，沿长度方向变直

7、径和变壁厚，断面对称和不对称等¨“．这种管道比普通管道更能适应应用条件的特殊性，收稿日期：2014-03-27；录用日期：2014-05-21；网络出版时间：20144)7—1115：35网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／doi／10．13700／j．bh．1001-5965．2014．0163．html基金项目：国家科技支撑计划资助项目(2012BAF06801)；北京市重大科技成果产业化项目(Z131100006413029)+通讯作者：陈友东(1973一)，男，安徽庐江人，副教授，c

8、henyd@buaa．edu．cn，主要研究方向为工业机器人．引用格式：胨友东，季旭东，场伟．管道喷涂机器入：结构与位姿调整fJJ．北京航空航天大学学报，2015，41但)：209．215．ChenYD，JiXD，TangW．Pipelinesprayingrobot：structureandposeadjustment【J]．JournalofBeifingUniversityofAeronau-ticsandAstronautics，2015，41(2)：209—215(inChinese)．210北

9、京航空航天大学学报2015年广泛应用于航空、造船、矿山机械、锅炉、水利系统等领域¨5。”J．本文设计的大型管道包括异型管道的喷涂机器人．适用但不止于：长管道(长度大于10m)、半封闭、等／变截面、工作空间狭小的管道．1．2机器人结构大型管道由于尺寸大、重量重的特点，在喷涂时保持固定，因此机器人需具有移动、伸缩、位姿调整、旋转等功能．喷涂时，机器人移动到管道口前方进行初定位，位姿调整功能依据管道的位姿调节自身的位姿使喷枪轴线与管