[发明专利]一种经济型喷涂机器人喷枪轨迹规划方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种喷涂机器人喷枪轨迹规划方法，特别涉及喷涂机器人喷枪运动轨迹的优化方法。

【背景技术】

喷涂是制造业中一项非常重要的工序，它能有效地防止工件受外界环境侵蚀，提高工件寿命，而且能美化工件外观。目前在国内，喷涂工序主要还是靠人工完成，喷涂的质量受工人的技术熟练程度、心情等因素的影响很大。同时，喷漆过程中挥发出来的有毒气体对工人的身体健康影响很大。因此，实现喷漆过程的自动化具有巨大的社会与经济效益。

喷涂机器人是一种典型的喷漆自动化装备。使用机器人进行喷涂作业时，其机械末端围绕待涂工件表面来回移动，喷漆微粒在机件表面形成一定的厚度，因而具有工件涂层均匀、重复精度好、工作效率高的优点，并能有效避免工人暴露在恶劣的工作环境中。随着喷涂机器人的广泛应用，机器人喷涂已能基本满足工业生产的需求。但是，随着市场的不断发展及竞争的加剧，现代工业对喷涂的质量提出了新的要求，包括：1.喷涂质量好，即工件表面的涂层要尽量均匀。2.效率高，也就是喷枪在运动时速度要快。3.节能，工业化生产过程中，节能已成为越来越受关注的问题。这三个优化目标通常是相互制约的，如何在保证喷涂质量及效率的情况下，降低能耗是喷涂机器人喷枪轨迹规划问题中的难点之一。

目前，市场上的喷涂机器人基本上采用示教编程的方式。传统的示教方式需要人工干预，这种方法的优点是可以对任意形状的工件进行喷涂而无需事先进行建模，因此应用最为广泛。但是，采用示教编程的方式完成喷涂的缺点是：一方面，喷涂的效果与操作人员的熟悉程度、经验相关；另一方面，在喷枪轨迹规划上鲜见综合考虑能耗、喷涂质量、喷涂效率等多方面因素的喷枪轨迹规划方法。

申请号为201210050434.3的中国专利申请公开了一种利用三维构造软件进行喷枪轨迹规划的方法，该方法能实现喷枪轨迹的精确控制，但喷漆效果依赖于三维软件建模模型的精确度。申请号为201110355488.6的中国专利申请公开了一种针对非规则多面体的喷枪轨迹优化方法，该方法需要事先用CAD进行建模，因此喷涂质量依赖于建模精度。另外，该方法在优化过程中没有考虑能耗问题。公开号CN 101239346 提供了一种复杂曲面上的喷涂机器人喷枪轨迹优化方法，可实现对复杂曲面的工件进行喷涂作业时的机器人自动喷涂，但该方法应用面较窄，仅适合于曲面，而对于非规则多面体则不适用。

 

【发明内容】

本发明意在解决上述喷涂质量、喷涂效率与能耗三者之间的矛盾，提供一种能耗低、喷涂质量好、速度快的喷枪轨迹规划方法。该创新喷枪轨迹规划方法能够在保证喷涂质量和喷涂效率的前提下，有效降低能耗，能够满足现代工业生产对喷枪作业轨迹的要求。

本发明的技术方案如下:

一种经济型喷涂机器人喷枪轨迹规划方法，其特征在于，包括以下步骤:

(1)采用样条曲线对由示教器得到的轨迹关键点进行拟合，得到初次规划的喷枪轨迹，以能耗、喷枪运动时间、涂层变化率为目标建立优化目标函数;

(2)利用对位学习遗传算法进行多目标寻优，最终得到喷涂质量好、效率高、能耗低的喷枪轨迹。

所述的一种经济型喷涂机器人喷枪轨迹规划方法，其特征在于，所述优化目标函数的建立方法如下: 以实际涂层厚度与理想涂层厚度之间的方差最小为优化目标，建立目标函数1；以整个喷涂过程中能耗最小为优化目标，建立目标函数2，其中能耗大小主要采用平均力矩来描述；以整个喷涂过程中时间最小为优化目标，建立目标函数3。

所述的一种经济型喷涂机器人喷枪轨迹规划方法，其特征在于，所述对位学习遗传算法多目标寻优的具体方法如下:初始化N个个体，每个个体表示为需要优化的变量，包括喷枪运行速度、两个喷涂行程的涂层重叠区域宽度等信息，并对这N个个体计算其对位个体，将原个体与对位个体结合在一起，构成初始种群，采用联赛机制选择父代个体，进行模拟二进制交叉、多项式变异操作，并为子代分配rank值，并根据rank值优选个体为下代种群进行迭代，当达到最大迭代次数后，完成寻优任务，最终得到优化后的喷枪轨迹信息，包括喷枪运行速度、两个喷涂行程间涂层重叠区域的宽度。

本发明所述的技术方案适用于市场上绝大多数的喷漆机器人，具有实用性强、改造成本低、适用面广的特点。所规划出来的喷枪轨迹具有喷涂效率高、喷涂层厚度均匀、能耗低的优点，既保证了质量又降低了能耗。

 

【附图说明】