目前，喷涂机器人在汽车行业已经得到了广泛的应。那么，随之而来的喷涂机器人的轨迹优化问题就得到控制界的广泛关注。本文就汽车内腔的的喷涂轨迹优化问题做了具体的研究，共分为五章。在第一章中，主要介绍了喷涂机器人的发展历史，发展背景，喷涂机器人的发展进度；国内外对于喷涂机器人研究现状，其中，国内的喷涂机器人发展还是相对落后；还有使用喷涂机器人的主要的六个步骤。在第二章中，主要是对喷涂机器人的硬件结构的介绍。其中包括喷涂机器人的结构、种类、优点以及选型介绍。在第三章中，主要研究的是汽车内腔的喷涂曲面的建模方法。由于汽车内腔的曲面大多为复杂曲面，所以需要将复杂曲面进行分片，以此来简化优化问题。本章共叙述了两种分片方法，即三角网格分片法和点云切片法，并对这两种方法如何应用于汽车内腔的复杂曲面做了具体的阐述。在第四章中，主要研究的是汽车内腔的空间喷涂轨迹的生成与优化。首先是利用第三章所阐述的复杂曲面的分片方法对汽车内腔的复杂曲面分片，然后在此基础上进行汽车内腔的喷涂轨迹的设计，最后再进行汽车内腔的喷涂轨迹的优化，并且按照喷涂轨迹的位置关系分了三种情况讨论如何优化轨迹。在第五章中，通过选取一块汽车车门的内表面，对其进行仿真，以此来验证本文所述算法的正确性。最后的仿真实验结果证明，本文所提算法可以应用到汽车内腔的喷涂轨迹中，并且可以得到较好的喷涂效果。关键词喷涂机器人;汽车内腔;复杂曲面;轨迹优化;实验仿真。
目录
第一章 绪 论 1
1.1研究背景 1
1.2喷涂机器人的国内外发展情况 2
1.3喷涂机器人的离线编程技术 3
1.4 本章小结 5
第二章 喷涂机器人简介 6
2.1引言 6
2.2喷涂机器人种类 6
2.3喷涂机器人主要优点 7
2.4喷涂机器人选型因素 7
2.5 本章小结 8
第三章 汽车内腔曲面建模方法 9
3.1 引言 9
3.2 基于FPAG（平面连接图）的曲面建模方法 9
3.2.1 三角形几个面合成一个面的算法 9
3.2.2 基于FPAG的合并算法 10
3.3 基于点云切片技术的曲面建模研究 11
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3.4 本章小结 18
第四章 汽车内腔复杂曲面上的喷涂轨迹优化 19
4.1 引言 19
4.2喷枪在汽车内腔复杂曲面上喷涂轨迹的设计 19
4.2.1汽车内腔复杂曲面分片 19
4.2.2每一个片上的喷涂轨迹设计 20
4.3喷枪在汽车内腔复杂曲面上喷涂轨迹的优化 20
4.3.1喷枪在两片之间交界处的喷涂轨迹优化 20
4.3.2喷枪在多片之间交界处的喷涂轨迹优化 24
4.4 本章小结 25
第五章 实验仿真 26
结 语 28
致 谢 29
参考文献 30
 绪论
1.1研究背景
目前，喷涂机器人的应用已非常广泛，尤其在汽车工业生产中，汽车内腔与外车身中的发动机、行李箱、门窗、车头、车灯以及轮孔等部分均广泛的应用到了喷涂机器人。可由电脑操控的喷涂机器人距今已有四十多年的发展历史，在目前属于比较超前的一种喷涂用具，喷涂机器人可以避免人体与生产所用器具中的一些有害物质直接接触，并且使用机器人可以节省涂料，以此来节约成本提高效益。同时，喷涂机器人具有可编程的功能，可以使得在各种场合开展喷涂作业。因此，喷涂机器人的应用在今后会更加广泛，发展前景更加光明。
喷涂机器人的喷涂成果受众多因素的制约，如喷枪的参数、需喷涂器件的参数、物体表面形状等(((。而在诸多指标中，涂层均匀度非常重要。可以通过控制喷涂机器人来达到涂层厚度最小、涂层厚度最均匀，这样可以大大改良喷涂工艺、节约喷涂成本。在经济视角中，有相当大的潜在利润；并且喷涂机器人还可以相应减少涂料喷涂到空中的数量，减少排放到空中的有害物质，减少环境污染。因此，深入研究喷涂机器人的轨迹优化，通过轨迹控制来使得涂层均匀、涂料排放量减少以及保护环境具有重要的意义。
现今我国的一些需要喷涂的企业所用的喷涂机器人大部分由国外引进，主要因为我国的喷涂机器人起步较晚，并且对于轨迹优化的研究程度还没有达到先进水平，离线编程的技术较落后，造出来的喷涂机器人成本高，实用性低，不能得到较好的推广(((。但国外的喷涂机器人基本上可以满足工业生产的需要，实现一些基本功能，但是我们并不能买到其核心技术，并且其喷涂技术也还存在很多不足，仍需完善。如ABB的离线编程系统是把喷涂轨迹分成若干段直线进行喷涂，但该种方法使得在曲面上进行喷涂时误差明显增大，从而，影响到器件的喷涂效果；而且，一般机器人在不规则表面上都不能进行较好的喷涂，而汽车上众多地方都是不规则曲面，该项技术急需改进；甚至对于形状更加复杂的物体，机器人不能直接进行喷涂，需要使用“人工示教法”，或者人工喷涂，这样喷涂的质量与速度受到严重影响。
由此可见，为了更好的完成喷涂作业，最大程度节约成本、减少污染，对喷涂机器人的轨迹算法的分析研究使其最优化，具有广泛而深远的重要意义。
1.2喷涂机器人的国内外发展情况
从1951年美国Austin Motors Longbridge 公司开始利用三轴机器人定点自动喷涂车身开始，喷涂机器人技术已经取得了多次突破。二十世纪七八十年代，研制出第二代多轴机器人，喷涂机器人领域也随之取得重大突破，多轴机器人可以对汽车内部很多不容易够到的的地方进行喷涂作业，同时，将发展目标致力于喷涂车间无人化。到了二十一世纪，随着第三次科技革命的到来，各项技术都取得了很大进展，喷涂机器人也更加先进，应用领域更加广泛。目前，欧美、日本等发达国家和区域已经将喷涂机器人发展到产业化阶段。其中，比较有带代表性的制造喷涂机器人的公司有ABB公司、FANUC公司、安川公司、三菱等公司。图11为ABB公司的喷涂机器人。
ABB公司制造的喷涂机器人目前应用最为广泛。从技术的层面来看，ABB公司生产的喷涂机器人的以下几个技术层面比较有特色：
ABB喷涂机器人的控制技术较为先进。它采用具有卓越的运动控制能力的IPS技术，可是工作节拍时间大大缩减，节约涂料；并且配备自诊断功能、全面工业诊断功能、快速过滤故障的日志功能等，大大节约了时间。
ABB喷涂机器人的编程技术较为先进。RobotStudio为ABB喷涂机器人自配的仿真与离线编程软件。机器人的编程代码可提前准备好，并且可在室内完成离线编程，简化了生产过程，提高了生产效率。并且只要是RobotStudio可以识别出的曲线，均通过提取器件某轮廓可直接生成轨迹。
ABB喷涂机器人的轨迹规划技术较为先进。“无缝”编程技术和“连续停留”技术是ABB喷涂机器人轨迹优化领域的特色。“无缝”编程是指消除各个喷涂行进过程间的拼缝时间，这样可以大大节约节拍时间。

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