面向超大船体外表面的喷涂机械臂研究中结论

目前大型船体分段外表面多采用人工喷涂，存在喷涂效率低、喷涂均匀性差的问题，开展大型曲面自动喷涂技术研究具有重要意义。然而，船体分段曲面多样，具有尺度大、均一性差的特点，给自动喷涂装备的研制带来众多难点。本文结合国家科技支撑计划“超大船体分段自动喷涂成套设备研制”，针对大尺度移动液压展臂搭载轻量化机械臂的自动喷涂方案，研制一种喷涂工作空间大、运动灵活的轻量化喷涂机械臂，并开展了运动学、动力学、喷涂轨迹优化以及控制等关键技术研究。论文的主要工作与取得成果如下:

(1)针对船体外表面自动喷涂尺度大的特点，研制了一种新型轻量化喷涂机器人，基于喷涂效率优化结构参数，采用三自由度斜交式腕部结构与偏置腰部结构，扩大工作空间与运动灵活性，各关节结构紧凑，具有自重轻、负载大的特点，并针对喷涂作业环境特点进行了防爆处理设计。

(2)针对具有祸合腕部运动关节的六自由度机械臂，采用D-H参数法对机械臂进行了正运动学求解，基于遍历迭代法进行了逆运动学求解，分析了机械臂工作空间，建立了机械臂雅克比矩阵用于各关节速度、加速度控制，并采用ADAMS软件进行了机械臂动力学仿真分析。

(3)基于涂层均匀性优化算法进行喷枪Z型轨迹优化，分别建立了平面和曲面喷涂涂层积累速率以及厚度数学模型，以实际涂层厚度与理想涂层厚度的方差作为目标优化函数，获得了涂层厚度均匀性最优时喷涂速率与轨迹间距。

(4)研制了基于Ethercat总线的机械臂分布式伺服控制系统，采用激光跟踪仪进行参数标定实验与主要性能测试，实验结果表明，喷涂机械臂末端重复定位精度为士0.25mm，绝对定位精度为士1.6mm。最后，与大尺度液压展臂相结合，进行了分段船体模拟体喷涂实验。

针对船体外表面的喷涂机器人研究取得一些成果，但还是存在一些问题没有解决，有待进一步的研究:(1)受液压展臂刚度的限制，当机械臂工作时展臂末端会有颤动，需要设计机械臂的运动补偿算法，对末端的微颤进行补偿。