[发明专利]基于喷涂目标三维成像技术的全流程闭环智能喷涂机器人

说明书

技术领域

本发明涉及喷涂自动化技术领域，尤其涉及一种基于喷涂目标三维成像技术的全流程闭环智能喷涂机器人。

背景技术

喷涂机器人作为工业机器人的典型应用之一，在提升喷涂质量、降低喷涂成本、改善工作环境、满足环保要求等方面具有人工或半自动喷涂难以比拟的巨大优势。随着我国制造业转型升级的逐步推进以及机器代替人工的持续进行，先进制造技术正在向信息化、自动化和智能化的方向发展，以机器人为代表的智能制造已成为下一代制造业发展的重要内容。

目前喷涂机器人多为人工示教型和离线编程型。所谓人工示教，是指由操作者通过示教盒操纵机器人完成空间作业轨迹点位置及有关速度等信息的示教和记录，然后借助操作键盘利用机器人语言命令进行用户工作程序的编辑，并存储在示教数据区。再现时，机器人的计算机控制系统自动逐条取出示教命令与位置数据，进行解读、运算并作出判断，将各种控制信号送到相应的驱动系统或端口，使机器人忠实地再现示教动作。离线编程则是通过使用计算机内存储的机器人模型，不要求机器人实际运动，在示教结果的基础上对进行机器人运动仿真，从而确定示教内容是否恰当以及机器人是否按照预期方式运动。

现有喷涂机器人存在以下不足：

1.生产柔性差。对于不同的喷涂目标，不同的相对位置，不同的位姿，都需要重新编程。整个喷涂过程为刚性流程，适应性差。

2.路径规划效率低。无论是在线示教还是离线编程，均需要工人根据经验进行点对点的示教，效率低，质量不一，严重依赖工作人员的生产经验和喷涂实验。

3.喷涂过程为开环控制。喷涂过程中未能对喷涂机器人状态、喷涂目标进行实时监控，不能及时发现喷涂过程中的问题与事故，喷涂过程质量难以保证。

发明内容

针对上述不足，本发明旨在提供一种适应性强，生产效率高，喷涂质量好的基于喷涂目标三维成像技术的全流程闭环智能喷涂机器人，用于解决现有喷涂机器人存在的生产柔性差，路径规划效率低，喷涂质量难以保证的缺陷。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

基于喷涂目标三维成像技术的全流程闭环智能喷涂机器人，包括控制箱，机械手，三维形貌仪以及计算机；三维形貌仪的输出端与计算机的输入端连接，计算机的输出端与控制箱的输入端连接，控制箱的输出端与机械手连接；三维形貌仪用于对喷涂目标进行三维形貌测量，获得喷涂目标的三维数据点云；计算机用于接收并处理三维形貌仪获得的三维数据点云，获得喷涂机器人各关节的运动轨迹并利用机器人语言生成用户工作程序；控制箱用于自动逐条读取命令和数据，生成各种控制信号；机械手按照用户工作程序执行喷涂过程；所述喷涂机器人实现喷涂作业包括以下步骤：

（1）获取喷涂目标三维形貌数据；

借助三维形貌仪对喷涂目标进行三维形貌测量，获取喷涂目标的三维数据点云，实现实物模型数字化；

（2）重构喷涂目标的三维实体模型；

首先在计算机上将三维形貌仪测得的三维数据点云运用粒子群算法进行三角网格划分，将获得的数据进行预处理后，获得点云数据；再通过插值、逼近拟合成样条曲线或参数曲线，运用造型软件工具完成曲面片造型；然后通过曲面编辑，得到喷涂目标完整曲面模型；最后运用曲面重构技术，获得喷涂目标的三维CAD模型；

（3）基于几何拓扑的曲面分片与喷涂路径在线自主规划；

首先在计算机上对喷涂目标的三维CAD模型进行三角网格化，生成多个三角面片；计算出每个三角面片的法向量；按照相邻三角面片之间的法向量夹角不超过设定阈值的连接规则生成单连通近似平面片后，对每一个单连通近似平面片进行处理，得到平滑且保持原有特性的曲面；然后按照每一个单连通近似平面片上不同的路径模式和喷枪走向建立喷枪路径的评价函数，并以评价函数值最大为优化目标，选出最佳的路径模式和喷枪走向，再使用边界盒子法生成该面片的喷枪轨迹；最后运用群体智能优化算法得到整个喷涂目标中所有面片之间的路径规划；

（4）喷涂过程实施；

根据喷涂机器人逆运动学原理，在计算机上将生成的路径规划转换为喷涂机器人各关节的运动轨迹，并进行分析仿真，然后利用机器人语言命令进行用户工作程序的编辑；实施喷涂时，控制箱自动逐条取出命令和数据，生成各种控制信号控制机械手执行喷涂作业；

（5）喷涂过程闭环在线检测与反馈；