[发明专利]一种曲面图案的机器人转动喷涂系统及喷涂轨迹规划方法

权利要求书

1.一种曲面图案的机器人转动喷涂系统，其特征在于，包括工业机器人、机器人控制器、转动喷笔支架、主控制器和至少一套气压喷涂装置；所述气压喷涂装置包括喷笔、墨壶、电磁阀和气源；所述工业机器人本体与所述机器人控制器电气连接，所述转动喷笔支架安装于所述工业机器人本体末端，所述喷笔安装于所述转动喷笔支架上，所述墨壶通过软管连接于喷笔，所述气源输出的压力空气通过软管经所述电磁阀连接于所述喷笔；所述主控制器与机器人控制器、电磁阀和转动喷笔支架电气连接；所述曲面图案的机器人转动喷涂系统的喷涂步骤为：

步骤a、在CAD软件上建立待喷涂的曲面图案，并将其转换为STL文件；

步骤b、输入STL文件及所需的喷涂工艺参数，通过STL三角网格模型建立几何拓扑数据，并计算漆膜均匀度优化的喷涂轨迹间隔；

步骤c、通过基于三角网格几何拓扑数据的分域切片算法，获得与面域的交线轨迹；

步骤d、将交线轨迹按喷涂高度向曲面法向偏移获得工具喷涂轨迹，结合主控制器指令生成机器人控制程序；

步骤e、将工件放置在机器人运动空间内并建立工件坐标系，在机器人仿真软件内验证轨迹可行性后，将机器人控制程序上传至机器人控制器，执行喷涂程序；

步骤b中输入STL文件及所需的喷涂工艺参数，通过STL三角网格模型建立几何拓扑数据，并计算漆膜均匀度优化的喷涂轨迹间隔，包括以下处理步骤：

步骤b1、读取包含曲面图案的STL模型，建立包含STL模型中各个三角面片、顶点及边线的几何拓扑数据：三角面片集合顶点集合边线集合

步骤b2、以各顶点或边线所邻接的三角面片面积s_TPi、s_TEi作为权重，三角面片法向量为对象，插值获得各顶点及边线的法向量

步骤b3、输入包括喷涂高度h、喷锥张角θ的工艺参数，则喷幅半径为：

步骤b4、基于二次曲线漆膜沉积速率建立相邻轨迹漆膜厚度积累模型：

其中，x₁＝x，x₂＝2R-d-x，x为到相邻轨迹中一条轨迹的距离；

步骤b5、基于相邻轨迹不同的喷幅叠加宽度d，在该宽度下漆膜厚度的极差为：

G＝max{Q_d(x)}-min{Q_d(x)}

步骤b6、以漆膜厚度极差G最小作为优化目标，得到优化的喷幅叠加宽度d_t，则优化的喷涂轨迹间隔为：

d_offs＝2R-d_t

步骤c中基于STL三角网格数据的分域切片算法获得与面域的交线轨迹，包括以下处理步骤：

步骤c1、基于三角网格的边缘搜索算法，分离孤立的图案；

步骤c2、判断孤立的图案是否为凹多边形，若为凹多边形则对凹角顶点进行分割，成为若干凸多边形；

步骤c3、对分割后的图案按曲率进行区域划分，获得多个曲率相近的面域，以面域内每个三角面片的面积s_TDi作为权重，三角面片法向量为对象，计算面域整体的加权法向量，获得面域的近似平面的法向量

步骤c4、将面域投影至近似平面，利用遗传算法计算最小包容矩形，并过最小包容矩形的其中一边作一个垂直于近似平面的初始切面；

步骤c5、以步骤a中获得的喷涂轨迹间隔d_offs作为间距，生成一组初始切面的平行面，与面域相交获得交线轨迹，该轨迹由切面与面域内三角面片的交点顺次连接形成。

2.根据权利要求1所述的一种曲面图案的机器人转动喷涂系统，其特征在于，所述转动喷笔支架由连接盘、电机模块、支撑套筒模块、转动模块组成；所述连接盘用于将所述转动喷笔支架安装于所述工业机器人本体末端，所述电机模块固定于连接盘上；所述支撑套筒模块连接在所述电机模块上；所述转动模块套在所述支撑套筒模块上。

3.根据权利要求2所述的一种曲面图案的机器人转动喷涂系统，其特征在于，所述电机模块中的微型伺服电机提供转动动力，该动力通过联轴器与传动轴连接；所述传动轴位于支撑套筒模块的套筒中间空心处；所述传动轴通过轴上截切面与所述转动模块的转动盖固连，并传动转动动力；所述转动盖通过螺钉固定在所述转动模块的三角转动平台上，并将转动动力传递到所述三角转动平台。