一种狭长异形管道内腔自动喷涂机构的设计方法与流程

本发明涉及自动喷涂设备，具体涉及一种狭长异形管道内腔自动喷涂机构的设计方法。

背景技术：

1、狭长异形管道内腔喷涂具有工作空间狭窄、曲面特征复杂、工作环境恶劣的特点，目前主要依靠人工喷涂，喷涂难度高、喷涂效率低、喷涂质量不稳定，亟需引入自动喷涂系统。现有机器人自动喷涂系统在汽车、船舶、飞机等领域广泛、成熟的应用，但主要适用于外表面喷涂，其依托现有成熟的工业机器人及外部第七轴实现大曲面喷涂，技术发展重点聚焦于从漆膜生长速率模型、自由曲面分片及路径规划、喷涂轨迹自由组合、喷涂机器人机械臂关节优化等方面进行外表面曲面喷涂轨迹规划，鲜有自动喷涂系统将喷涂机构与狭长异形管道内腔曲面特性相结合，导致现有机器人自动喷涂系统无法适用于各类型狭长异形管道内腔自动喷涂作业。

2、现有自动喷涂机器人主要类型为小臂展轻载通用型喷涂机器人和大臂展正交腕式机器人。小臂展轻载通用型喷涂机器人臂展过小，无法满足管道内腔狭长工作空间要求；大臂展正交腕式机器人第四轴过长，无法满足管道内腔异形曲面喷涂要求。综上，现有的机器人自动喷涂系统受限于喷涂机器人工作空间、机械臂的臂展长度，无法满足狭长异形管道内腔自动喷涂要求。

3、因此，发明人提供了一种狭长异形管道内腔自动喷涂机构的设计方法。

技术实现思路

1、(1)要解决的技术问题

2、本发明实施例提供了一种狭长异形管道内腔自动喷涂机构的设计方法，解决了现有的机器人自动喷涂系统因受限于喷涂机器人工作空间、机械臂臂展长度而无法满足狭长异形管道内腔自动喷涂要求的技术问题。

3、(2)技术方案

4、本发明提供了一种狭长异形管道内腔自动喷涂机构的设计方法，包括以下步骤：

5、依据待喷涂的狭长异形管道内腔的喷涂工艺参数，进行喷涂轨迹规划及编程，获取喷枪末端位姿矩阵；

6、根据待喷涂的狭长异形管道内腔的工作空间特性及不同构型下的六轴机器人特性，建立初始喷涂机构的dh模型；

7、依据所述喷枪末端位姿矩阵及所述dh模型，计算第七轴处于不同位置时各关节角位移逆解；

8、利用各关节角位移逆解结果，进行正解仿真，以实现所述狭长异形管道内腔的自动喷涂覆盖率最大化；

9、重复上述步骤，对合理构型下的六轴机器人各关节臂展参数进行迭代计算，使得各关节运动参数与其处于的关节位置及关节类型相匹配；

10、根据匹配后的各关节运动参数，设计关节结构；

11、对所述关节结构进行挠度变形校核，根据挠度变形校核结果，对大挠度变形单元设置圆光栅进行关节挠度变形补偿，得到自动喷涂机构。

12、进一步地，所述喷涂工艺参数包括喷枪距离、喷涂扇形尺寸及喷枪移动速度。

13、进一步地，所述喷枪末端位姿矩阵包括喷枪末端位置信息及方向余弦矩阵信息。

14、进一步地，所述关节运动参数包括角位移、角速度及角加速度。

15、进一步地，所述第七轴处于不同位置，代表六轴机器人喷涂狭长内腔表面不同的深度位置。

16、进一步地，所述根据待喷涂的狭长异形管道内腔的工作空间特性及不同构型下的六轴机器人特性，建立初始喷涂机构的dh模型，具体为：

17、根据所述待喷涂的狭长异形管道内腔的工作空间特性及不同构型下的六轴机器人的关节刚度特性、摆动关节刚度、回转关节刚度及运动学特性，初选六轴机器人构型及结构参数，建立所述初始喷涂机构的dh模型。

18、进一步地，回转关节承受回转惯性载荷，回转过程中的角速度、角加速度分别大于对应的第一预设值、第二预设值。

19、进一步地，摆动关节承受弯矩载荷，摆动过程中的角速度、角加速度分别小于对应的第三预设值、第四预设值。

20、进一步地，所述利用各关节角位移逆解结果，进行正解仿真，以实现所述狭长异形管道内腔的自动喷涂覆盖率最大化，具体为：

21、利用各关节角位移逆解结果，进行正解仿真，并根据仿真结果对内腔不同深度的喷涂作业进行干涉检查，判断六轴机器人构型设计及各关节运动设计指标的合理性，并确定第七轴的延长行程设计性能指标，以实现所述狭长异形管道内腔的自动喷涂覆盖率最大化。

22、进一步地，通过matlab机器人工具箱进行正解仿真。

23、(3)有益效果

24、综上，本发明通过将狭长异形管道内腔曲面特性、管道内腔喷涂轨迹、喷涂工艺关键工艺参数与喷涂机器人构型、臂展结构参数、各关节驱动能力、各关节运动范围、运动速度、加速度等关键特性相结合，可实现复杂狭窄内腔表面的高质量自动喷涂作业，可大大提高狭长异形管道内腔的喷涂质量和效率，在汽车、船舶、飞机内腔表面自动喷涂领域有明确的应用前景。

技术特征：

1.一种狭长异形管道内腔自动喷涂机构的设计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的狭长异形管道内腔自动喷涂机构的设计方法，其特征在于，所述喷涂工艺参数包括喷枪距离、喷涂扇形尺寸及喷枪移动速度。

3.根据权利要求1所述的狭长异形管道内腔自动喷涂机构的设计方法，其特征在于，所述喷枪末端位姿矩阵包括喷枪末端位置信息及方向余弦矩阵信息。

4.根据权利要求1所述的狭长异形管道内腔自动喷涂机构的设计方法，其特征在于，所述关节运动参数包括角位移、角速度及角加速度。

5.根据权利要求1所述的狭长异形管道内腔自动喷涂机构的设计方法，其特征在于，所述第七轴处于不同位置，代表六轴机器人喷涂狭长内腔表面不同的深度位置。

6.根据权利要求1所述的狭长异形管道内腔自动喷涂机构的设计方法，其特征在于，所述根据待喷涂的狭长异形管道内腔的工作空间特性及不同构型下的六轴机器人特性，建立初始喷涂机构的dh模型，具体为：

7.根据权利要求6所述的狭长异形管道内腔自动喷涂机构的设计方法，其特征在于，回转关节承受回转惯性载荷，回转过程中的角速度、角加速度分别大于对应的第一预设值、第二预设值。

8.根据权利要求6所述的狭长异形管道内腔自动喷涂机构的设计方法，其特征在于，摆动关节承受弯矩载荷，摆动过程中的角速度、角加速度分别小于对应的第三预设值、第四预设值。

9.根据权利要求1所述的狭长异形管道内腔自动喷涂机构的设计方法，其特征在于，所述利用各关节角位移逆解结果，进行正解仿真，以实现所述狭长异形管道内腔的自动喷涂覆盖率最大化，具体为：

10.根据权利要求9所述的狭长异形管道内腔自动喷涂机构的设计方法，其特征在于，通过matlab机器人工具箱进行正解仿真。

技术总结本发明涉及自动喷涂设备技术领域，具体涉及一种狭长异形管道内腔自动喷涂机构的设计方法，其包括步骤：依据喷枪末端位姿矩阵及DH模型，计算不同位置时各关节角位移逆解；利用逆解结果，进行正解仿真，以实现自动喷涂覆盖率最大化；重复上述步骤，使得各关节运动参数与其处于的关节位置及关节类型相匹配；根据匹配后的各关节运动参数，设计关节结构；对关节结构进行挠度变形校核，根据挠度变形校核结果，对大挠度变形单元设置圆光栅进行关节挠度变形补偿。该狭长异形管道内腔自动喷涂机构的设计方法的目的是解决现有的机器人自动喷涂系统因受限于喷涂机器人工作空间、机械臂臂展长度而无法满足狭长异形管道内腔自动喷涂要求的问题。技术研发人员：梅方华,徐玉锦,薛俊,姚艳彬,曹冠宇受保护的技术使用者：中国航空制造技术研究院技术研发日：技术公布日：2024/8/1