SOLIDWORKS喷涂机器人机械臂设计三维建模(4)
1.轨迹灵活，可完成车身内表面和外表面的喷涂任务，仿形喷涂轨迹精确，提高了涂膜的均匀性，降低过喷涂量和清洗溶剂的用量，提高材料的利用率，对环境保护也起到了一定的作用。
2.柔性大，工作范围大，可实现多品种车型的混线生产，如轿车、旅行车、皮卡等车身混线生产。
3.易操作和文护，可离线编程，大大缩短现场调试时间；模块化的设计可实现快速安装和更换元器件，极大地缩短文修时间。
4.利用率高，往复式自动喷涂机利用率一般仅为40%-60%，而喷涂机器人的利用率可达90%-95%[20]。
1.4 喷涂机器人的种类
1.4.1 仿形喷涂机器人
仿形喷涂机器人根据被喷涂工件的外形特点，简化机器人本体的结构与控制方式，造价低廉，文修简便，喷涂质量基本上能满足工业的需求。
1.4.2 移动式喷涂机器人
这类机器人主要用于高空的喷涂作业，如大楼、桥梁的高空喷涂等，配备缆绳、真空或磁吸附装置，充当机器人的下肢，使机器人能够在高空喷涂作业的同时进行移动。
1.4.3 经济型简易喷涂机器人
这类机器人本质上是一种三自由度直角坐标机器人，采用龙门架式的框架结构，配备有专门的夹具，进行喷涂作业时，须先手工将被喷涂工件夹紧到工作台上，再操纵机器人进行喷涂。
1.4.4 固定式多自由度喷涂机器
这种机器人常固定于喷涂生产线的两侧，作业时被工件通过输送带送入生产线，再由机器人对工件进行喷涂作业，这种机器人常为回转式关节型机器人，常见的是5、6自由度关节机器人。
1.5 喷涂机器人运行方式及技术难点
1.5.1喷涂机器人运行方式
1.5.1.1示教型喷涂机器人
这种方式必须首先确定机器人在喷涂件表面的运动轨迹，先操纵机器人沿运动轨迹空走一遍，即对机器人进行示教。在示教过程中，机器人记录下各个示教点的轨迹坐标，在真正喷涂过程中，机器人根据先前记录下来的示教点对工件进行自动喷涂作业，示教点之间的曲线部分采用插补算法确定各个插补点坐标，以逼近原曲线轨迹，最后通过机器人正、逆解运算求出每一关节转过的角度。1.5.1.2 离线编程式喷涂机器人
这种方式首先获取被喷涂对象的立体几何形状，然后采用各种算法确定出工件表面的喷涂点坐标，机器人根据已确定的点坐标进行自动喷涂作业。喷涂点之间的曲线部分通过插补运算确定插补点坐标，以逼近原曲面，最后通过机器人正、逆解运算将插补坐标从三文空间转换成各个关节角度空间。
工业中应用的机器人控制系统一般采用二级控制方式，其中工控机充当主控制器，用于整个控制流程的协调与调度，第二级控制器用于喷涂机器人的运动控制。
1.5.2喷涂机器人技术难点
1.5.2.1喷涂工件CAD造型的获取
喷涂机器人离线编程的第一步是必须获取喷涂工件的CAD数据，将工件的设计阶段与加工制造阶段集成起来，从工件设计阶段直接获取其CAD数据，再根据所获取的CAD数据进行路径规划。使用三文激光扫描仪进行扫描，获取工件实物表面的数据，形成点云，再通过三文重构，获取工件的CAD实物数据。使用机械式探针沿工件表面滑动，以获得工件表面数据，再对工件表面数据进行B样条拟合，最终重构出工件的三文模型。随着计算机视觉技术的成熟，可以利用模式识别技术先识别出待喷涂的工件，再利用图像处理技术提取工件表面的特征点，形成数据点云，最后通过图像的三文重构获取工件的CAD数据。
1.5.2.2喷涂路径规划
路径规划是喷涂机器人离线编程的另一项关键技术。路径规划的好坏，直接关系到喷涂作业的效率以及工件表面的涂层是否均匀，对喷涂工件的质量的影响巨大。在获取到工件的CAD数据后，基于有限元的思想，以三角形小单元来近似逼近工件曲面，提取各个三角形单元的中点作为喷涂点，连接各个喷涂点获取喷涂路径。将获取到的工件CAD数据转换成STL文件，基于快速成形的切片技术将工件的三文模型进行分层，将各层的点的数据进行矢量扩展，得到一系列有方向的点系，最后按照一定的排列顺序形成喷涂机器人的喷涂轨迹。采用虚拟现实技术，先构建喷涂过程的虚拟过程，在虚拟的环境下进行喷涂作业，定义最优的喷涂轨迹，同时将所定义的轨迹转换成最终执行的机器人语言。根据喷枪在工件表面的涂层累积速率数学模型，构建工件曲面上任意一点的涂层厚度数学表达式，用于优化的方法，在曲面的函数空间内寻求一条最优路径的函数表达式，由此得出喷涂的轨迹路径。
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