工业机器人是工业4.0阶段先进制造的重要支撑装备,世界主要的工业发达国家都已经把应用机器人提升到国家战略。在喷涂行业中,工业机器人的技术应用也发展得如火如荼,目前市场上已经存在专门用于喷涂行业的喷涂机器人。喷涂机器人是一种重要的涂装生产设备,在国内外广泛使用于木材加工生产线、汽车涂装生产线等。喷涂机器人的喷涂效果与多方面有关,例如物体表面的形状、喷涂过程参数、待喷涂的物体的材质等。为达到目前喷涂作业的标准,使生产能够高效低成本地进行,对喷涂过程建模的分析以及高性能喷涂机器人轨迹的优化算法已成为国内外学者们关注和研究的热点。本课题就木材喷涂行业的喷涂机器人轨迹优化技术中的一些难题和关键问题进行了研究,本文主要工作如下:(1)为简化人工检索工件的过程,提高工作效率,课题组采用了基于工件扫描系统获取点云数据,然后将该点云数据对应的工件和库中已有的工件进行匹配检索,检索到的工件信息在库中有对应的工件的CAD模型数据。基于该CAD模型数据需要规划喷涂顺序。本文针对该多面模型,设计了各种不用类型的面进行喷涂的顺序规划原则,以尽量减少相同面板的轨迹重复,减少喷涂的时间,提高喷涂效率,从而为后续的喷涂机器人单面片的轨迹规划工作奠定了基础。(2)为了便于优化轨迹,特将所有的木材工件分为两类:规则件和不规则件,其中,规则件即边框轮廓由直角与圆弧构成的工件,除规则件外的其他工件都归类为不规则件,主要包括中部带孔的工件或边框轮廓出现锐角、钝角等的工件。根据规则件的特性,能够使用固定轨迹的规划方式。在这种规划方式上进行优化,可以使用求取轨迹间距离的方法,获得最佳的轨迹间距。对不规则件进行轨迹规划可分为先分片、再规划两个步骤,将不规则件按照分片原则分成若干个类似于规则件的小片,再对小片按照小片的规划原则进行轨迹规划。(3)针对现在木材喷涂轨迹中拐点位置,因为喷枪速度大小和方向会发生变化,从而产生涂料堆积的问题,设计了面向工件内部矩形拐点、工件边上的矩形拐点、工件外部的矩形拐点的几种规划形式,利用供油系统的可控性对喷枪流量结合机械手的机械运动特性进行速度和流量差补,给出了拐点处轨迹的优化设计,并设计了仿真系统进行优化结果对比。再在矩形拐点的基础上设计了能够解决拐点速度问题的弧形拐点,让机械手在拐点处能够保持速度大小一致,让涂层堆积相比矩形拐点能够更为均匀,并使用仿真系统进行优化结果的对比。(4)由于轨迹的特殊性,需要对实验结果进行可直观描述,因此自研了一个能够进行轨迹生成和使用生成的新轨迹进行喷涂的涂层厚度模拟仿真系统,该系统使用Unity3D作为开发平台,包括一个自研的能够反映涂层厚度的Shader程序。不同于其他仿真系统,该系统进行涂层的每帧渲染和计算,能够实时的反应喷涂过程中的涂层堆积情况,与现实中的喷枪喷涂过程具有一致性。通过每帧对目标点位进行涂层叠加计算,获取对应的高度信息,再通过Shader程序将该信息转化为能够人眼观看的uv信息呈现在喷涂工件的表面,为了更直观地反应涂层堆积情况,系统引入热力图的概念,通过热力图的形式呈现出对应的厚度来直观的反应实验结果。