[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

说明书

本发明涉及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。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。喷涂轨迹的规划步骤为：首先建立相邻轨迹漆膜厚度积累模型，以漆膜厚度极值最小偏差为优化目标获得优化的喷涂轨迹间隔；其次基于曲面图案的数字模型的离线轨迹规划，采用基于STL三角网格数据的分域切片算法，对凹多边形进行分割并按曲率划分区域后，利用区域近似平面及投影最小包容矩形生成初始切面，并对初始切面按优化的轨迹间隔生成一组平行切面，获得与面域的交线轨迹；最后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，并生成机器人运动程序。此方法能够在离线条件下实现自由曲面上的喷涂图案轨迹的自动规划，并保证漆膜质量，具有方便、高效的特点。

技术领域

本发明属于喷涂机器人控制领域，具体涉及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。

背景技术

曲面零件具有优良的动力学及美观等特性，以及制造业在数字化、多轴加工上的技术进步，复杂曲面类零部件的应用日益增加。对于自由曲面图案的机器人喷涂作业，由于自由曲面零件形状不规则的特点，使用人工在线示教的方法规划喷涂轨迹效率低下，对于小批量多品种工件的生产企业来说非常不便，并可能出现喷涂不均匀的情况，因而离线的机器人自动喷涂系统应运而生。曲面图案的喷涂轨迹规划为自动喷涂系统的关键技术所在，其需要考虑形成图案的形位精准，还需要重视形成漆膜的质量。

现有的技术中，发明专利《一种基于三维模型的机器人喷涂轨迹生成方法》(申请号 201711495063.9)能够基于工件的三维模型自动生成机器人喷涂轨迹，但该方法没有针对喷漆工艺及漆膜厚度等的相关优化。发明专利《一种曲面喷涂轨迹规划方法》(申请号201810438437.1) 对于喷涂对象的不同形状并没有进行适配和处理，对于存在凹角的凹多边形进行轨迹规划时可能会存在轨迹不连续或者轨迹转折较多的情况，从而影响喷涂效果；同时该发明在确定喷涂轨迹时，简单地将喷枪法向量等同于交点所属的一个三角面片法向量的相反，而没有考虑到交点位于顶点及边线的情况，可能造成一定误差。

因此提供一种能够适配喷涂形状、且能够对喷涂质量进行参数优化的曲面图案的机器人喷涂系统及喷涂轨迹规划方法具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于解决现有自由曲面喷涂轨迹方法没有对喷涂形状进行适配，没有对喷涂质量进行参数优化的问题，因此提供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。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种曲面图案的机器人转动喷涂系统，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想喷涂步骤为：

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。