贝塞尔曲线的喷涂机器人轨迹优化(附件)【字数：17008】
摘 要第一章 绪论 5
1.1课题研究的背景和意义 5
1.2国内外研究现状及存在的问题 6
1.3本文的研究目标和主要工作 6
第二章 喷涂机器人硬件组成及离线编程系统 8
2.1引言 8
2.2喷涂机器人工艺要求 8
2.3机器人主体 8
2.4机器人控制器 9
2.5喷涂机器人的离线编程系统 10
2.6 本章小结 10
第三章 贝塞尔曲面上的喷涂模型建立 12
3.1引言 12
3.2贝塞尔曲线曲面预备知识 1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
3
3.3贝塞尔张量积曲面造型方法 17
3.4贝塞尔三角曲面造型方法 18
3.5本章小结 23
第四章 曲面上的喷涂机器人轨迹优化 24
4.1引言 24
4.2喷涂机器人最优初始轨迹的选择 24
4.3喷涂机器人喷涂路径生成 27
4.3.1简单曲面上的路径生成 27
4.3.2复杂曲面上基于指数平均贝塞尔曲线的路径生成 30
4.4喷涂机器人轨迹优化 32
4.4.1简单曲面上的轨迹优化 33
4.4.2复杂曲面上的轨迹优化 33
4.5本章小结 35
第五章 实验与仿真 36
结语 41
致谢 42
参考文献 43
绪论
1.1课题研究的背景和意义
机器人是一种拟人的结合了机械和电子两方面的装置。既有着与人类相同的环境分析的逻辑结构，又有着高精度、持续作业时间长、抵抗恶劣环境的特点。所以在流水线作业中机器人与人工相比较有着绝对的优势，它们稳定高效，不知疲倦，在合理的经营下可以为企业节省大量成本。因此，从二十世纪90年代开始，各类相关企业为了节省更多劳动力成本以及追求更高的生产效率，逐步开始引进工业机器人。随着时代的发展，历史车轮的前进，机器人必然会成为世界生产方式的主体。各个国家都开始愈发重视对环境的保护和人权保障，并且企业也在追求更高质量的产品以及更高效率的产品生产方式，这就愈发促使企业们进行工业机器人的使用、研究与应用。
涂装是一种把涂料均匀、致密、连续地涂覆基体表面的制造工艺。喷涂是目前最常用和应用最广泛的涂布方式，随着这些年我国工业的发展，尤其是汽车制造产业的迅猛增长，就对我们涂装水平特别是喷涂技术提出了更高的标准和要求。对于涂层有一些重要指标，像是涂层的厚度、涂层光泽度和基体外表涂料的均匀度[29]。而要高效准确的达到这些指标，喷涂机器人是将来自动化生产线中涂装发展的必然趋势。
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图1.1 多ABB喷涂机器人组成的全自动喷涂生产线
喷涂机器人也是机器人的一种，是专门用作于基体表面涂布任务的专用机器人，它是机器人技术和喷涂工艺相联合而诞生的，它是工业机器人的一个重要类别。喷涂机器人有着操作维护便利，可离线编程；环保资源浪费少，利用效率高适用范围很广，柔性大的特点，因此他有望完全替代流水线的人工操作。喷涂机器人主要由三个部分组成：喷涂控制系统、雾化喷涂系统和机器人本体。雾化喷涂系统可分为：气压调节器和涂料流量控制器等。喷涂控制系统又可分为:喷枪开启信号、涂料流量模拟和气压模拟量等。
1.2国内外研究现状及存在的问题
国外的喷涂机器人研究起步较早，是一项有着三十多年发展历史的成熟技术。始于1986年，Klein首次开始了喷涂机器人喷枪轨迹的分析，并开发了相应的离线编程技术。1999年，Balkan完成了在平面上的喷枪轨迹建模。2005年，sheng与Chen教授等人的研究论文主要是深入研究了自动喷涂空间路径规规划方法，对工件曲面采用直接三角划分的方法进行曲面造型之后，以涂层厚度一致性为优化目标，通过优化算法找到两条相邻路径之间的距离参数以及最优匀速喷涂速度，并在曲面上生成喷涂路径。2010年，Gyorfi用遗传算法优化了喷枪的喷涂路径方案的规划[3]。
国内喷涂机器人的研究虽在近年来有了一定的发展，但毕竟起步较晚与国外多年的技术积累还有差距。国内喷涂机器人的研究成果集中分布在两大块，分别是喷涂机器人的运动学和喷涂机器人的轨迹规划。
由于喷涂工作中基体表面的形状、喷涂流量、喷涂距离都是影响喷涂效果的重要因素，所以复杂曲面的喷涂轨迹及流量控制非常困难。现有喷涂模型主要都是理想条件下平面上的简化模型，对于复杂曲面上进行更加高效节约的涂装仍然是国内外广大学者们研究、探讨的问题。现在新的贝塞尔曲线曲面研究成果不断出现，为本课题研究提供了方法上的支持，而国内外基于贝塞尔曲线的机器人轨迹优化方法的研究也为本课题的研究提供了方法上和思路是的借鉴。
1.3本文的研究目标和主要工作
本片论文的目标即是进行贝塞尔曲面上的喷涂机器人轨迹优化，并且据此提出基于贝塞尔方法的复杂曲面喷涂机器人的轨迹优化。本文使用CAGD中贝塞尔曲线曲面的一些最新研究成果对自动喷涂轨迹规划中的一些难点问题和若干关键技术进行研究，主要包括喷涂工件贝塞尔曲面造型、贝塞尔曲面上的自动喷涂轨迹优化研究、基于贝塞尔 方法的复杂曲面喷涂轨迹优化研究等等。
对贝塞尔曲面喷涂机器人轨迹优化的研究工作主要从以下几个方面展开：
介绍喷涂机器人的离线编程技术和主要硬件结构，接着从工艺控制方面提出所应达到的喷涂要求及控制功能。
2、给出贝塞尔曲线曲面的基本知识，再用其提出贝塞尔曲面的造型方法。
1.1课题研究的背景和意义 5
1.2国内外研究现状及存在的问题 6
1.3本文的研究目标和主要工作 6
第二章 喷涂机器人硬件组成及离线编程系统 8
2.1引言 8
2.2喷涂机器人工艺要求 8
2.3机器人主体 8
2.4机器人控制器 9
2.5喷涂机器人的离线编程系统 10
2.6 本章小结 10
第三章 贝塞尔曲面上的喷涂模型建立 12
3.1引言 12
3.2贝塞尔曲线曲面预备知识 1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
3
3.3贝塞尔张量积曲面造型方法 17
3.4贝塞尔三角曲面造型方法 18
3.5本章小结 23
第四章 曲面上的喷涂机器人轨迹优化 24
4.1引言 24
4.2喷涂机器人最优初始轨迹的选择 24
4.3喷涂机器人喷涂路径生成 27
4.3.1简单曲面上的路径生成 27
4.3.2复杂曲面上基于指数平均贝塞尔曲线的路径生成 30
4.4喷涂机器人轨迹优化 32
4.4.1简单曲面上的轨迹优化 33
4.4.2复杂曲面上的轨迹优化 33
4.5本章小结 35
第五章 实验与仿真 36
结语 41
致谢 42
参考文献 43
绪论
1.1课题研究的背景和意义
机器人是一种拟人的结合了机械和电子两方面的装置。既有着与人类相同的环境分析的逻辑结构，又有着高精度、持续作业时间长、抵抗恶劣环境的特点。所以在流水线作业中机器人与人工相比较有着绝对的优势，它们稳定高效，不知疲倦，在合理的经营下可以为企业节省大量成本。因此，从二十世纪90年代开始，各类相关企业为了节省更多劳动力成本以及追求更高的生产效率，逐步开始引进工业机器人。随着时代的发展，历史车轮的前进，机器人必然会成为世界生产方式的主体。各个国家都开始愈发重视对环境的保护和人权保障，并且企业也在追求更高质量的产品以及更高效率的产品生产方式，这就愈发促使企业们进行工业机器人的使用、研究与应用。
涂装是一种把涂料均匀、致密、连续地涂覆基体表面的制造工艺。喷涂是目前最常用和应用最广泛的涂布方式，随着这些年我国工业的发展，尤其是汽车制造产业的迅猛增长，就对我们涂装水平特别是喷涂技术提出了更高的标准和要求。对于涂层有一些重要指标，像是涂层的厚度、涂层光泽度和基体外表涂料的均匀度[29]。而要高效准确的达到这些指标，喷涂机器人是将来自动化生产线中涂装发展的必然趋势。
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图1.1 多ABB喷涂机器人组成的全自动喷涂生产线
喷涂机器人也是机器人的一种，是专门用作于基体表面涂布任务的专用机器人，它是机器人技术和喷涂工艺相联合而诞生的，它是工业机器人的一个重要类别。喷涂机器人有着操作维护便利，可离线编程；环保资源浪费少，利用效率高适用范围很广，柔性大的特点，因此他有望完全替代流水线的人工操作。喷涂机器人主要由三个部分组成：喷涂控制系统、雾化喷涂系统和机器人本体。雾化喷涂系统可分为：气压调节器和涂料流量控制器等。喷涂控制系统又可分为:喷枪开启信号、涂料流量模拟和气压模拟量等。
1.2国内外研究现状及存在的问题
国外的喷涂机器人研究起步较早，是一项有着三十多年发展历史的成熟技术。始于1986年，Klein首次开始了喷涂机器人喷枪轨迹的分析，并开发了相应的离线编程技术。1999年，Balkan完成了在平面上的喷枪轨迹建模。2005年，sheng与Chen教授等人的研究论文主要是深入研究了自动喷涂空间路径规规划方法，对工件曲面采用直接三角划分的方法进行曲面造型之后，以涂层厚度一致性为优化目标，通过优化算法找到两条相邻路径之间的距离参数以及最优匀速喷涂速度，并在曲面上生成喷涂路径。2010年，Gyorfi用遗传算法优化了喷枪的喷涂路径方案的规划[3]。
国内喷涂机器人的研究虽在近年来有了一定的发展，但毕竟起步较晚与国外多年的技术积累还有差距。国内喷涂机器人的研究成果集中分布在两大块，分别是喷涂机器人的运动学和喷涂机器人的轨迹规划。
由于喷涂工作中基体表面的形状、喷涂流量、喷涂距离都是影响喷涂效果的重要因素，所以复杂曲面的喷涂轨迹及流量控制非常困难。现有喷涂模型主要都是理想条件下平面上的简化模型，对于复杂曲面上进行更加高效节约的涂装仍然是国内外广大学者们研究、探讨的问题。现在新的贝塞尔曲线曲面研究成果不断出现，为本课题研究提供了方法上的支持，而国内外基于贝塞尔曲线的机器人轨迹优化方法的研究也为本课题的研究提供了方法上和思路是的借鉴。
1.3本文的研究目标和主要工作
本片论文的目标即是进行贝塞尔曲面上的喷涂机器人轨迹优化，并且据此提出基于贝塞尔方法的复杂曲面喷涂机器人的轨迹优化。本文使用CAGD中贝塞尔曲线曲面的一些最新研究成果对自动喷涂轨迹规划中的一些难点问题和若干关键技术进行研究，主要包括喷涂工件贝塞尔曲面造型、贝塞尔曲面上的自动喷涂轨迹优化研究、基于贝塞尔 方法的复杂曲面喷涂轨迹优化研究等等。
对贝塞尔曲面喷涂机器人轨迹优化的研究工作主要从以下几个方面展开：
介绍喷涂机器人的离线编程技术和主要硬件结构，接着从工艺控制方面提出所应达到的喷涂要求及控制功能。
2、给出贝塞尔曲线曲面的基本知识，再用其提出贝塞尔曲面的造型方法。
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