劉涵茜

摘? ?要：隨著時(shí)間的推移和時(shí)代的不斷改革創(chuàng)新，我國(guó)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)得到了空前的發(fā)展，在良好的發(fā)展前提之下，國(guó)內(nèi)開(kāi)始誕生出非常多的新興行業(yè)，而機(jī)器人行業(yè)就是所謂的新興行業(yè)當(dāng)中的一種。經(jīng)過(guò)實(shí)際的調(diào)查其實(shí)不難發(fā)現(xiàn)，噴涂機(jī)器人的機(jī)構(gòu)特點(diǎn)以及相關(guān)的做工要求都是非常考究的，因此在機(jī)器人行業(yè)現(xiàn)階段的發(fā)展當(dāng)中，對(duì)其進(jìn)行一定的研究已經(jīng)是迫在眉睫的一項(xiàng)社會(huì)性的工作了，相關(guān)的單位以及工作部門(mén)理應(yīng)開(kāi)始重視起來(lái)。在此，就將針對(duì)噴涂機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃算法進(jìn)行一定的闡述和研究，其主要的工作目的就是使得噴涂機(jī)器人的發(fā)展能夠更加的穩(wěn)定且順利。

關(guān)鍵詞：噴涂機(jī)器人? 運(yùn)動(dòng)學(xué)? 運(yùn)動(dòng)軌跡? 規(guī)劃算法? 研究分析

中圖分類(lèi)號(hào)：TP242? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2019）10（a）-0077-04

Abstract： With the passage of time and the continuous reform and innovation of the times， China's social and economic development has been unprecedented. On the premise of good development， many new industries have emerged in China， and the robot industry is one of the so-called emerging industries. After the actual investigation， it is not difficult to find that the spraying robot's mechanism characteristics and related workmanship requirements are very exquisite. Therefore， in the development of the robot industry at this stage， it is an urgent social work to do some research on it. The relevant units and working departments should be open to it. We began to attach importance to it. In this paper， the kinematics and trajectory planning algorithm of spraying robot will be elaborated and studied. Its main purpose is to make the development of spraying robot more stable and smoother.

Key Words： Spraying robot; Kinematics; Trajectory; Planning algorithm; Research and analysis

眾所周知，對(duì)于一個(gè)國(guó)家的發(fā)展來(lái)說(shuō)，其內(nèi)部工業(yè)的發(fā)展程度是十分重要的，甚至在某種程度上來(lái)說(shuō)，一個(gè)國(guó)家內(nèi)部的工業(yè)發(fā)展程度能夠代表其發(fā)展的最高水平，從這一點(diǎn)中就能夠看出，一個(gè)國(guó)家工業(yè)發(fā)展的重要性了，而現(xiàn)階段工業(yè)發(fā)展當(dāng)中，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)在各項(xiàng)社會(huì)工作當(dāng)中進(jìn)行應(yīng)用，并且還取得了相當(dāng)不錯(cuò)的成效，噴涂機(jī)器人就是工業(yè)機(jī)器人其中的一種，在實(shí)際的生產(chǎn)活動(dòng)當(dāng)中，噴涂機(jī)器人經(jīng)常用于汽車(chē)等產(chǎn)品的涂裝生產(chǎn)。所以，在接下來(lái)的文章當(dāng)中，就將針對(duì)噴涂機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃算法進(jìn)行一定的研究，并且在文章當(dāng)中，還會(huì)提出一些具有建設(shè)性的意見(jiàn)或者對(duì)策，以使得噴涂機(jī)器人的發(fā)展能夠始終處于世界的先進(jìn)水平，且有利于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

1? 整體機(jī)構(gòu)的分析

為了清晰的了解噴涂機(jī)器人的工作，就需要對(duì)其實(shí)際的工作過(guò)程進(jìn)行必要的了解和分析，這樣才能利于后續(xù)的研究工作。在實(shí)際的調(diào)查以及相關(guān)的文獻(xiàn)記載中可以發(fā)現(xiàn)，噴涂機(jī)器人的工作系統(tǒng)并不是唯一的，在整體的角度上進(jìn)行分析的話(huà)，噴涂機(jī)器人的工作系統(tǒng)主要具有兩種，其中一種是比較簡(jiǎn)單的，而相對(duì)應(yīng)的，另一種工作系統(tǒng)就是相對(duì)比較復(fù)雜的了[1]。

（1）簡(jiǎn)易集成噴涂系統(tǒng)。

在實(shí)際的噴涂機(jī)器人當(dāng)中，這種簡(jiǎn)易集成的噴涂工作系統(tǒng)還是比較常見(jiàn)的，該系統(tǒng)的位置處于機(jī)器人整體的第六軸的法蘭末端，之所以將其稱(chēng)為簡(jiǎn)易的噴涂系統(tǒng)，主要的原因就是在實(shí)際的噴涂工作當(dāng)中，噴涂機(jī)器人的總控平臺(tái)只需要通過(guò)IO信號(hào)便可以實(shí)現(xiàn)工作動(dòng)作的控制，這樣在實(shí)際的工作過(guò)程當(dāng)中，工作的流程相對(duì)比較簡(jiǎn)便，而且，這種簡(jiǎn)便的工作過(guò)程，還會(huì)將諸多的不良影響因素排除在外，以此，就能夠保證實(shí)際的噴漆工作的質(zhì)量比較完好，而且無(wú)論是在工作質(zhì)量方面，還是在工作效率方面，簡(jiǎn)易集成噴涂系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)還是比較大的[2]。

（2）復(fù)雜集成的噴涂系統(tǒng)。

在前文已經(jīng)進(jìn)行了一定的提及，復(fù)雜的集成噴涂系統(tǒng)與簡(jiǎn)易集成噴涂系統(tǒng)之間是互成對(duì)應(yīng)的關(guān)系，因此，二者進(jìn)行相關(guān)的比較其實(shí)就能夠輕易的發(fā)現(xiàn)，復(fù)雜集成噴涂系統(tǒng)當(dāng)中，其具有的功能模塊是非常多的，而且這種噴涂機(jī)器人的復(fù)雜集成噴涂系統(tǒng)的造價(jià)是比較昂貴的，而且，由于其功能模塊比較多，在控制手段的選擇當(dāng)中，就不能夠由單一的總控平臺(tái)進(jìn)行控制了。另外，這一系統(tǒng)在噴涂的工作當(dāng)中，能夠?qū)崿F(xiàn)更加精細(xì)的控制，而這一點(diǎn)簡(jiǎn)易集成的噴涂系統(tǒng)是不能完成的，例如在實(shí)際的噴涂生產(chǎn)活動(dòng)當(dāng)中，具有復(fù)雜集成的噴涂系統(tǒng)能夠?qū)娡繀?shù)的精準(zhǔn)控制，這樣噴涂的形狀、厚度，都能夠變得非常精準(zhǔn)[3]。因此，這一系統(tǒng)對(duì)于噴涂機(jī)器人來(lái)說(shuō)是非常之重要的。

針對(duì)相關(guān)的文獻(xiàn)資料進(jìn)行調(diào)查之后，就能夠發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)其實(shí)大多數(shù)都是垂直型的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，但是隨著時(shí)間的推移和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的工業(yè)機(jī)器人逐漸不能滿(mǎn)足社會(huì)發(fā)展的需求了，最重要的一點(diǎn)其實(shí)就是傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人在進(jìn)行解構(gòu)分析的過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)遇到多關(guān)節(jié)正余弦值相乘的情況，而眾所周知的，這些多關(guān)節(jié)的正余弦值都是無(wú)理數(shù)且比較難以得出準(zhǔn)確的數(shù)值，進(jìn)而使得解析的解值不易得出，分析工作變得異常困難[4]。

針對(duì)傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)，則將上述的缺點(diǎn)之處進(jìn)行了避免，首先，工業(yè)噴涂機(jī)器人第二軸和第三軸的電機(jī)，在設(shè)計(jì)當(dāng)中都將其放在了大臂的下方，這樣的布置形勢(shì)就避免了上述的解析解值難以求出的情況，另外，在多個(gè)回轉(zhuǎn)軸的相鄰軸線(xiàn)夾角角度的設(shè)計(jì)當(dāng)中，都將其設(shè)置未60°，這樣無(wú)論是正弦值還是余弦值，都能夠得到一個(gè)相對(duì)比較準(zhǔn)確的數(shù)字，這一點(diǎn)對(duì)于分析工作的進(jìn)行是非常重要的，另外，這種布置形式還能夠使得噴漆大臂的活動(dòng)變得更加的靈活，這樣就能夠適應(yīng)各種不同程度的工作任務(wù)了，且這種布置形式的操作空間的范圍很大，對(duì)于這項(xiàng)工作的未來(lái)發(fā)展和創(chuàng)新改變時(shí)比較有利的。

但是這一設(shè)計(jì)形式并不全部都是優(yōu)點(diǎn)，在整體上也具有一定的缺陷之處，例如實(shí)際操作變得更加困難等等，并且這些缺陷之處在第三關(guān)節(jié)當(dāng)中體現(xiàn)的更加的明顯，從噴涂機(jī)器人的機(jī)構(gòu)構(gòu)造圖當(dāng)中就能夠看出，其第三關(guān)節(jié)機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)是非常復(fù)雜的，其腕部位置的結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜，這種情況就會(huì)使得加工過(guò)程的難度加大，無(wú)論是單個(gè)噴涂機(jī)器人構(gòu)造的加工還是一個(gè)批次的加工過(guò)程都會(huì)變得更加的困難，而且，在之后的社會(huì)發(fā)展當(dāng)中，勢(shì)必會(huì)對(duì)噴涂機(jī)器人的工作提出更高的要求，也就是說(shuō)之后的設(shè)計(jì)工作的難度也是比較大的[5]。

2? 運(yùn)動(dòng)學(xué)建模

（1）運(yùn)動(dòng)學(xué)正解。

本文所研究的是噴涂機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃算法，也就是進(jìn)行研究和分析的就是噴涂機(jī)器人的本體，在這一前提確定之后，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)的正解過(guò)程就需要了解噴涂機(jī)器人的各種MDH參數(shù)，這樣才能完成計(jì)算和分析過(guò)程。

在實(shí)際的分析計(jì)算過(guò)程當(dāng)中，還需要用到T矩陣，這里所謂的T矩陣，其實(shí)就是一個(gè)描述連桿坐標(biāo)系之間的位置變化情況。

（2）擬牛頓迭代。

一般情況下來(lái)說(shuō)，對(duì)于非線(xiàn)性的方程進(jìn)行求解的話(huà)，需要保證的一點(diǎn)就是方程的數(shù)量要與未知數(shù)的數(shù)量相等，而為了方便進(jìn)行擬牛頓迭代的計(jì)算，還需要進(jìn)行一定的假設(shè)，這樣就能夠得到擬牛頓迭代的基本格式了，另外，在后續(xù)的工作過(guò)程當(dāng)中就能夠得到我們需要的雅克比矩陣，這一矩陣得出之后就能夠進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)的正解過(guò)程了，因此在某種程度上來(lái)說(shuō)，這一工作過(guò)程也可以說(shuō)成是分析過(guò)程的一種必要的前提保證，相關(guān)的工作人員以及部門(mén)要知曉其重要性。

（3）逆運(yùn)動(dòng)學(xué)。

經(jīng)過(guò)實(shí)際的計(jì)算和了解之后，其實(shí)不難發(fā)現(xiàn)，對(duì)于噴涂機(jī)器人來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)向量以及前四軸的關(guān)節(jié)值來(lái)進(jìn)行計(jì)算過(guò)程，并且根據(jù)這幾項(xiàng)數(shù)據(jù)，還可以建立起三個(gè)方程，但是如果想要建立一個(gè)需要的雅克比矩陣的話(huà)，還缺少一個(gè)方程，所以，在后續(xù)的分析和計(jì)算過(guò)程當(dāng)中，就需要根據(jù)實(shí)際的分析情況來(lái)再建立一個(gè)新的方程。為了達(dá)到這一目的，可以進(jìn)行必要的假設(shè)過(guò)程，所以在實(shí)際的分析過(guò)程中，可以假設(shè)我們已經(jīng)求得了前四個(gè)軸的關(guān)節(jié)值，并且這些解值還都是具有可行性的，在之后的計(jì)算過(guò)程當(dāng)中，還需要建立其一種新的等量關(guān)系，這樣便能夠得到另外的一個(gè)方程了，這樣就具有了四個(gè)不同的方程，便能夠建立起一個(gè)需要的雅克比矩陣了。

3? 噴涂機(jī)器人軌跡規(guī)劃

所謂噴涂機(jī)器人的軌跡規(guī)劃，其實(shí)就是一種運(yùn)動(dòng)軌跡的跟蹤和控制工作，在這一工作內(nèi)容當(dāng)中，可以使得噴涂機(jī)器人能夠在末端以比較明確的形態(tài)來(lái)根據(jù)規(guī)劃好的路徑來(lái)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，一旦可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，噴涂機(jī)器人在實(shí)際的工作過(guò)程當(dāng)中能夠出現(xiàn)的失誤量是比較少的，這對(duì)于噴涂機(jī)器人當(dāng)前的工作狀態(tài)以及未來(lái)的工作進(jìn)展都是具有比較重大的意義的，因此，相關(guān)的工作單位以及人員對(duì)于噴涂機(jī)器人的軌跡規(guī)劃工作要逐漸的重視起來(lái)。

在噴涂機(jī)器人的噴涂工作當(dāng)中，關(guān)節(jié)空間位置的插補(bǔ)就是指，在起始點(diǎn)與目標(biāo)位置這一段距離當(dāng)中具有多個(gè)離散的位置點(diǎn)，而這些位置的相關(guān)數(shù)據(jù)，是能夠通過(guò)一定的方式方法來(lái)計(jì)算出來(lái)的[8]。

并且，噴涂機(jī)器人在實(shí)際的噴涂工作當(dāng)中，噴槍在汽車(chē)表面所經(jīng)過(guò)了一系列軌跡當(dāng)中，要確保噴前掃過(guò)的部分要互相重疊，而在互相重疊的部分也是具有不同的要求的，首要的一點(diǎn)要求就是保證存在適當(dāng)?shù)拈g距部分，而噴涂機(jī)器人的軌跡規(guī)劃工作就能夠完成這一點(diǎn)。但是在前期的工作過(guò)程中不難發(fā)現(xiàn)，雖然噴涂機(jī)器人的工作能夠完成這一點(diǎn)，但是其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)比較勉強(qiáng)，這樣就會(huì)使得噴涂間距效果不是非常好，所以，改善當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是非常重要的一項(xiàng)工作內(nèi)容，而為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，在實(shí)際的運(yùn)行軌跡規(guī)劃工作當(dāng)中，可以采用正弦曲線(xiàn)作為運(yùn)行軌跡曲線(xiàn)，在完成這一操作之后，就能夠發(fā)現(xiàn)非常明顯的一點(diǎn)，無(wú)論是運(yùn)動(dòng)過(guò)程的連續(xù)性還是平順性，都有非常巨大的提升。造成這種情況主要的原因就是正弦曲線(xiàn)的選擇，正弦曲線(xiàn)在定義域之內(nèi)擁有連續(xù)且高階可導(dǎo)的特性，而在選擇的過(guò)程結(jié)束之后，這一特性在實(shí)際的工作過(guò)程當(dāng)中就能夠發(fā)揮到極致，這一點(diǎn)對(duì)于噴涂機(jī)器人的軌跡規(guī)劃工作是非常重要的。

除以上幾點(diǎn)之下，運(yùn)動(dòng)軌跡當(dāng)中的其他運(yùn)動(dòng)狀態(tài)也是可以進(jìn)行相關(guān)的控制工作了，例如，在實(shí)際的工作當(dāng)中可以改變振幅，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)噴灑高度之上的控制，如果改變的是正弦曲線(xiàn)的頻率，就可以對(duì)重疊部分的寬度實(shí)現(xiàn)控制，這一控制作用是能夠節(jié)省材料的，這兩種控制作用同時(shí)進(jìn)行，還具有能夠調(diào)節(jié)行進(jìn)速度的作用。

4? 噴涂機(jī)器人算法研究的仿真過(guò)程

在各種系統(tǒng)算法的研究過(guò)程當(dāng)中，仿真驗(yàn)證過(guò)程是非常重要的一項(xiàng)工作內(nèi)容，這一工作內(nèi)容進(jìn)行得當(dāng)，才能夠使得之前的一些計(jì)算過(guò)程成立，相反的，如果在仿真驗(yàn)證的工作過(guò)程當(dāng)中，發(fā)現(xiàn)了一定錯(cuò)誤情況的話(huà)，就要進(jìn)行必要的修改過(guò)程，將正確無(wú)誤的數(shù)值帶入到計(jì)算過(guò)程當(dāng)中，在全部計(jì)算過(guò)程結(jié)束之后，還需要再次進(jìn)行仿真驗(yàn)證，以確定之前的計(jì)算過(guò)程是準(zhǔn)確且無(wú)誤的。通過(guò)相關(guān)的規(guī)劃其就能夠生產(chǎn)正確的正弦運(yùn)行軌跡，相關(guān)的工作人員在實(shí)際的仿真驗(yàn)證過(guò)程當(dāng)中，可以先進(jìn)行逆解的計(jì)算過(guò)程，再進(jìn)行正解的計(jì)算過(guò)程，這樣多次的計(jì)算過(guò)程，就相當(dāng)于完成了仿真驗(yàn)證過(guò)程了，運(yùn)用學(xué)算法是否有效，也就能夠得到確定了。另外，在這一工作過(guò)程當(dāng)中，其插值點(diǎn)的選擇是非常重要的，因?yàn)?，一個(gè)關(guān)鍵的插值點(diǎn)，會(huì)對(duì)軌跡規(guī)劃整體的平順性和連續(xù)性造成巨大的影響，如果能夠選擇合適的插值點(diǎn)，就能夠使得噴涂機(jī)器人的工作過(guò)程變得穩(wěn)定且順利。

5? 噴涂機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃算法研究的意義

隨著時(shí)間的推移和時(shí)代的不斷改革創(chuàng)新，我國(guó)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了空前的發(fā)展，而且就現(xiàn)階段來(lái)說(shuō)，汽車(chē)對(duì)于廣大的人民群眾已經(jīng)不再是一個(gè)十分陌生的詞匯了，并且隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，在未來(lái)勢(shì)必會(huì)對(duì)汽車(chē)的質(zhì)量具有更高的要求，為此，噴涂機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃算法的研究是非常必要的，因?yàn)樵谀撤N程度上，這項(xiàng)工作能夠提升當(dāng)前以及未來(lái)汽車(chē)的質(zhì)量。這樣，在未來(lái)的社會(huì)發(fā)展當(dāng)中，國(guó)內(nèi)廣大的人民群眾的基本需求就能夠得到保證，這對(duì)于未來(lái)社會(huì)的發(fā)展以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，都是具有非常大的積極意義的。為此，在后續(xù)的發(fā)展過(guò)程當(dāng)中，相關(guān)的工作單位一定要重視噴涂機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃算法研究。

6? 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，就是目前為止的噴涂機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃算法的相關(guān)研究和分析了，從文中敘述的內(nèi)容當(dāng)中不難看出，我國(guó)在這項(xiàng)工作當(dāng)中還是存在著比較大的欠缺的，例如實(shí)際噴涂機(jī)器人的工作還是不夠穩(wěn)定，甚至在一些意外的情況之下還會(huì)出現(xiàn)不同程度的失誤情況，面對(duì)著這種情況，相關(guān)的工作部門(mén)以及工作人員就要做好相關(guān)的優(yōu)化和完善工作，這樣才能使得噴涂機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃算法研究具有其自身的意義。

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