面向超大船體外表面的噴涂機械臂研究.pdf

1、目前國內(nèi)外船舶行業(yè)受船體分段曲面大、曲面均一性差的限制，船體分段外表面的噴涂工作仍采用傳統(tǒng)的人工作業(yè)的方式，噴涂效率低，噴涂質(zhì)量穩(wěn)定性差，造成船體外表面的返噴率較高，嚴(yán)重制約了生產(chǎn)力，同時作業(yè)環(huán)境惡劣，對工人傷害大。本文結(jié)合國家科技支撐項目“超大船體分段自動噴涂成套設(shè)備研制”，研制了一種輕量化噴涂機械臂系統(tǒng)，搭載在液壓展臂平臺上完成船體外表面自動噴涂作業(yè)，用于解決船舶分段外表面涂裝效率低、噴涂質(zhì)量不穩(wěn)定等問題，并開展了噴涂機械臂結(jié)構(gòu)設(shè)計

2、，運動學(xué)、動力學(xué)分析，涂層優(yōu)化噴涂算法以及控制系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)研究。
　　首先，根據(jù)噴涂的性能指標(biāo)與液壓展臂載重平臺特性，研制了一種可搭載于液壓展臂上的輕量化噴涂機械臂?；趪娡啃蕛?yōu)化設(shè)計了機械臂結(jié)構(gòu)參數(shù)，實現(xiàn)了效率最大化工作空間。機械臂各關(guān)節(jié)采用編碼器、電機、減速器同軸布置的方式，手腕采用三自由度斜交手腕，腕部電機集中于肘關(guān)節(jié)處，整體機械臂具有結(jié)構(gòu)緊湊、運動靈活的特點。為保證機械臂在液壓展臂上安裝方便，設(shè)計了兩者接口模塊，并針對

3、機械臂工作環(huán)境，進行了相應(yīng)的防爆處理。
　　然后，進行機械臂運動學(xué)與動力學(xué)分析?；贒H參數(shù)法進行機械臂正運動學(xué)求解；基于遍歷迭代法進行機械臂逆運動學(xué)求解。根據(jù)坐標(biāo)系之間變換關(guān)系，利用雅克比矩陣建立了機械臂末端與各關(guān)節(jié)的速度、加速度之間的關(guān)系，并對機械臂運動空間進行了解算。借助ADAMS軟件對機械臂進行動力學(xué)仿真，分析了機械臂在極限狀態(tài)下，各關(guān)節(jié)所需的力矩大小。
　　其次，基于涂層均勻性優(yōu)化算法，分析制定機械臂最優(yōu)噴涂速度與

4、軌跡間距，以涂層厚度為方程輸出，分別建立了平面和曲面噴涂涂層積累速率以及厚度數(shù)學(xué)模型。在此基礎(chǔ)上，以實際涂層厚度與理想涂層厚度的方差作為目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)，對噴涂速度與噴涂間距進行了優(yōu)化，從而保證了機械臂涂層厚度的均勻性。
　　最后，建立機器人控制系統(tǒng)，采用基于工業(yè)以太網(wǎng)和總線建立開放式分布控制系統(tǒng)?；赩C++6.0與Open Inventor開發(fā)上位機控制界面，基于位置PI控制實現(xiàn)了控制器內(nèi)機械臂軌跡控制。利用激光跟蹤儀進行機械臂運