对于机械制造业、特别是汽车制造业的规模化生产,为了提高喷涂质量和解决涂料对人体健康的损害,针对国内喷涂机器人需求量不断增加的现状,华南理工大学机器人研究室与广州数控设备有限公司合作,共同研发6自由度的喷涂机器人,旨在推动国内机器人喷涂技术的发展。 国内设计和生产的喷涂机器人普遍存在工作不够稳定,重复精度低的问题,为了从根本上解决这些问题,必须对机器人建立精确及简洁的运动学模型,并做好底层的轨迹规划算法。 本文针对正在研发的6R喷涂机器人,运用回转变换张量法对其建立了准确且简洁的运动学正逆解模型,尤其是得到了比较简洁的运动学逆解方程。针对6R喷涂机器人运动学逆解的多解性问题进行了详细分析,并对轨迹插补过程中选择运动学逆解的全局最优方法进行了分析说明。利用Microsoft Visual C＃编写了运动学逆解验证程序,并进行算例分析。 本文对喷涂机器人的轨迹规划方法进行了详细分析,着重讨论了笛卡儿空间中的轨迹规划方法,并给出了空间直线和空间圆弧的轨迹插补算法。对示教编程系统下的轨迹控制方法进行了研究,并给出了相应的手动示教和示教再现的轨迹控制框图。 本文对喷枪运行轨迹对喷涂质量的影响因素进行了深入分析,在这个基础上,针对三维模型已知的离线编程系统,对提高喷涂质量的若干轨迹规划关键技术进行了研究。 最后,本文利用基于MSC.ADAMS的虚拟样机技术建立了喷涂机器人的虚拟样机模型。以机器人空间直线和圆弧作业为例,进行轨迹规划,并进行运动仿真。运动仿真的结果分析不仅证明了运动学模型(尤其是运动学逆解模型)、空间规律轨迹的插补算法及在轨迹插补过程中采用全局最优方法进行运动学逆解选择的正确性,也指出了在今后的喷涂机器人路径规划中消除路径尖角的必要性。