CN105045098B - 一种机器人喷涂轨迹自动生成***的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机器人喷涂轨迹自动生成***的控制方法，包括以下步骤：(1)喷涂工艺专家***的形成；(2)工件图像数据输入；(3)喷涂工艺专家***进行图像处理，几何图形被检测和发送至轨迹映射模块中，由自动轨迹生成器进行轨迹自动生成处理；(4)轨迹自动生成；(5)参数设定；(6)样条算法实现恒定速度和高平滑性；(7)机器人控制器通过对样条进行运动学解算，形成最终轨迹。本发明具有自动化程度高、加工精度高和适用面广等优点，可实现不同工件喷涂轨迹自动生成，缩短了喷涂加工所耗费的时间，在工件摆放位置偏差、不同种类工件混放等情况下都能自动生成喷涂轨迹，极大的提高了加工效率。
Description
技术领域
本发明涉及工业机器人喷涂加工技术领域，具体的说是一种机器人喷涂轨迹自动生成***的控制方法。
背景技术
随着机器人技术的发展和应用，机器人在喷涂行业越来越广泛得到应用，喷涂过程中机器人的喷涂轨迹及喷涂点上的相关参数设定决定了喷涂的质量，而机器人喷涂路径的生成方式一般是调试人员根据待喷工件的3D图及现场进行点对点的编程调试完成。此方法操作复杂，对操作者有较高专业技能要求同时柔性化较差，工件更换后要求重新编制新的一套轨迹程序，操作极其繁琐，耗时较长，使得喷涂加工的效率较低，影响到产品的生产效率。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种机器人喷涂轨迹自动生成***的控制方法，可实现不同工件喷涂轨迹自动生成，从而降低用户的操作难度，在工件摆放位置偏差、不同种类工件混放等情况下都能自动生成喷涂轨迹提高使用效率。
本发明解决其技术问题采用以下技术方案来实现：
一种机器人喷涂轨迹自动生成***的控制方法，包括以下步骤：
(1)喷涂工艺专家***的形成：基于长期的喷涂项目经验和数据形成了一套喷涂工艺专家***，并将喷涂工艺专家***集成在计算机上；
(2)工件图像数据输入：各种工件图像获取形式的视觉***以固定或者移动的形式获得工件的图像数据，传输给喷涂工艺专家***；
(3)喷涂工艺专家***进行图像处理，自动生成工件喷涂轨迹，利用图像处理***接收来自视觉***数据后，模拟人类视觉和推理首先删除多余信息，然后提取出待喷涂工件的实体数据组成了待喷涂工件的几何图形，几何图形被检测和发送至轨迹映射模块中，由自动轨迹生成器进行轨迹自动生成处理；
(4)轨迹自动生成：由自动轨迹生成器生成机器人的喷涂程序，目标是为一个任何形状和尺寸的待喷涂工件找到一个最理想的自动喷涂轨迹，自动轨迹生成器集成了图形理论分析、路径优化算法、自动生成机器人运动轨迹，不需要进行点对点的喷涂程序的编程而自动生成了喷涂轨迹程序；
(5)参数设定：轨迹自动生成后，喷涂工艺专家***对喷涂路径上的每个点提供了如下参数：速度、手腕的旋转值、喷枪的开启和关闭、喷涂距离、喷枪的幅度范围、涂料的流量和颜色，轨迹的速度会被规划成匀速运动以获得最好的喷涂品质，由仿真***模拟机器人去完成设定好的喷涂任务；
(6)样条算法实现恒定速度和高平滑性：在步骤(5)完成后，操作者操作用户界面实现喷涂控制，利用样条算法基于三维传感器获取的工件坐标点信息，以在机器人的笛卡尔空间的正确的高度和走向上***每个轨迹点，通过分析临近的点可以完成样条计算，使得机器人在临近点之间的速度和加速度保持连续，会通过临近点对机器人轨迹进行分析，使得机器人的运动尽可能的平顺；
(7)机器人控制器通过对样条进行运动学解算，形成最终轨迹：根据步骤(6)中在笛卡尔空间通过样条算法得到的机器人轨迹点，由机器人控制器进行运动学解算，得到对应关节伺服电机的角度数据，同时对数据进行进一步离散化，得到伺服电机位置回路指令。在固定的采样周期内通过相应的控制算法，得到伺服电机速度指令、电流指令。通过安装在电机端(或关节输出端)的编码器完成对伺服电机位置值和速度值的实时反馈，从而完成对伺服电机的位置回路，速度回路和电流回路的实时闭环控制。使得机器人按预定的轨迹进行运动。
所述视觉***采用光栅、激光传感器实现对待喷涂工件的扫描。
所述图像处理***包括对待喷涂工件图像信息的搜索和分析，自动生成喷涂轨迹，不需要对机器人进行点对点试教编程。
在步骤(6)中样条算法要求基于三维传感器获取的工件坐标点信息，以在正确的高度和走向上***每个轨迹点，通过分析临近的点可以完成以上的计算，作为一个数字化的功能，实现恒定喷涂速度和高平滑性。
所述步骤(6)中的喷枪必须垂直于工件表面。
当工件表面光滑或表面为黑色，采用滤波器进行减少或者忽略干扰处理。
本发明的有益效果是：
本发明具有自动化程度高、加工精度高和适用面广等优点，可实现不同工件喷涂轨迹自动生成，从而降低用户的操作难度，替代了传统的针对单个不同型号的待喷涂工件的人工编程，缩短了喷涂加工所耗费的时间，在工件摆放位置偏差、不同种类工件混放等情况下都能自动生成喷涂轨迹，极大的提高了加工效率。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面将结合优选实施例进行详细的说明，对本发明做进一步说明，以方便技术人员理解。
一种机器人喷涂轨迹自动生成***的控制方法，包括以下步骤：
(1)喷涂工艺专家***的形成：基于长期的喷涂项目经验和数据形成了一套喷涂工艺专家***，并将喷涂工艺专家***集成在计算机上；
(2)工件图像数据输入：各种工件图像获取形式的视觉***以固定或者移动的形式获得工件的图像数据，传输给喷涂工艺专家***；
(3)喷涂工艺专家***进行图像处理，自动生成工件喷涂轨迹，利用图像处理***接收来自视觉***数据后，模拟人类视觉和推理首先删除多余信息，然后提取出待喷涂工件的实体数据组成了待喷涂工件的几何图形，几何图形被检测和发送至轨迹映射模块中，由自动轨迹生成器进行轨迹自动生成处理；
(4)轨迹自动生成：由自动轨迹生成器生成机器人的喷涂程序，目标是为一个任何形状和尺寸的待喷涂工件找到一个最理想的自动喷涂轨迹，自动轨迹生成器集成了图形理论分析、路径优化算法、自动生成机器人运动轨迹，不需要进行点对点的喷涂程序的编程而自动生成了喷涂轨迹程序；
(5)参数设定：轨迹自动生成后，喷涂工艺专家***对喷涂路径上的每个点提供了如下参数：速度、手腕的旋转值、喷枪的开启和关闭、喷涂距离、喷枪的幅度范围、涂料的流量和颜色，轨迹的速度会被规划成匀速运动以获得最好的喷涂品质，由仿真***模拟机器人去完成设定好的喷涂任务；
(6)样条算法实现恒定速度和高平滑性：在步骤(5)完成后，操作者操作用户界面实现喷涂控制，利用样条算法基于三维传感器获取的工件坐标点信息，以在机器人的笛卡尔空间的正确的高度和走向上***每个轨迹点，通过分析临近的点可以完成样条计算，使得机器人在临近点之间的速度和加速度保持连续，会通过临近点对机器人轨迹进行分析，使得机器人的运动尽可能的平顺；
(7)机器人控制器通过对样条进行运动学解算，形成最终轨迹：根据步骤(6)中在笛卡尔空间通过样条算法得到的机器人轨迹点，由机器人控制器进行运动学解算，得到对应关节伺服电机的角度数据，同时对数据进行进一步离散化，得到伺服电机位置回路指令。在固定的采样周期内通过相应的控制算法，得到伺服电机速度指令、电流指令。通过安装在电机端(或关节输出端)的编码器完成对伺服电机位置值和速度值的实时反馈，从而完成对伺服电机的位置回路，速度回路和电流回路的实时闭环控制。使得机器人按预定的轨迹进行运动。
所述视觉***采用光栅、激光传感器实现对待喷涂工件的扫描。
所述图像处理***包括对待喷涂工件图像信息的搜索和分析，自动生成喷涂轨迹，不需要对机器人进行点对点试教编程。
在步骤(6)中样条算法要求基于三维传感器获取的工件坐标点信息，以在正确的高度和走向上***每个轨迹点，通过分析临近的点可以完成以上的计算，作为一个数字化的功能，实现恒定喷涂速度和高平滑性。
所述步骤(6)中的喷枪必须垂直于工件表面。
当工件表面光滑或表面为黑色，三维扫描结果受噪音影响，使得获取的数据出现很多错误，比如高度的变化检测和工件边缘的变形等，会导致机器人的运行出现波动，因此特采用滤波器进行减少或者忽略干扰处理，以使得工件的表面尽可能的光滑。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (5)
1.一种机器人喷涂轨迹自动生成***的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)喷涂工艺专家***的形成：基于长期的喷涂项目经验和数据形成了一套喷涂工艺专家***，并将喷涂工艺专家***集成在计算机上；
(2)工件图像数据输入：各种工件图像获取形式的视觉***以固定或者移动的形式获得工件的图像数据，传输给喷涂工艺专家***；
(3)喷涂工艺专家***进行图像处理，自动生成工件喷涂轨迹，利用图像处理***接收来自视觉***数据后，模拟人类视觉和推理首先删除多余信息，然后提取出待喷涂工件的实体数据组成了待喷涂工件的几何图形，几何图形被检测和发送至轨迹映射模块中，由自动轨迹生成器进行轨迹自动生成处理；
(4)轨迹自动生成：由自动轨迹生成器生成机器人的喷涂程序，目标是为一个任何形状和尺寸的待喷涂工件找到一个最理想的自动喷涂轨迹，自动轨迹生成器集成了图形理论分析、路径优化算法，自动生成机器人运动轨迹，不需要进行点对点的喷涂程序的编程而自动生成了喷涂轨迹程序；
(5)参数设定：轨迹自动生成后，喷涂工艺专家***对喷涂路径上的每个点提供了如下参数：速度、手腕的旋转值、喷枪的开启和关闭、喷涂距离、喷枪的幅度范围、涂料的流量和颜色，轨迹的速度会被规划成匀速运动以获得最好的喷涂品质，由仿真***模拟机器人去完成设定好的喷涂任务；
(6)样条算法实现恒定速度和高平滑性：在步骤(5)完成后，操作者操作用户界面实现喷涂控制，利用样条算法基于三维传感器获取的工件坐标点信息，以在机器人的笛卡尔空间的正确的高度和走向上***每个轨迹点，通过分析临近的点可以完成样条计算，使得机器人在临近点之间的速度和加速度保持连续，会通过临近点对机器人轨迹进行分析，使得机器人的运动尽可能的平顺；
(7)机器人控制器通过对样条进行运动学解算，形成最终轨迹：根据步骤(6)中在笛卡尔空间通过样条算法得到的机器人轨迹点，由机器人控制器进行运动学解算，得到对应关节伺服电机的角度数据，同时对数据进行进一步离散化，得到伺服电机位置回路指令，在固定的采样周期内通过相应的控制算法，得到伺服电机速度指令、电流指令，通过安装在电机端或关节输出端的编码器完成对伺服电机位置值和速度值的实时反馈，从而完成对伺服电机的位置回路，速度回路和电流回路的实时闭环控制，使得机器人按预定的轨迹进行运动。
2.根据权利要求1所述的一种机器人喷涂轨迹自动生成***的控制方法，其特征在于：所述视觉***采用光栅或激光传感器实现对待喷涂工件的扫描。
3.根据权利要求1所述的一种机器人喷涂轨迹自动生成***的控制方法，其特征在于：所述图像处理***包括对待喷涂工件图像信息的搜索和分析，自动生成喷涂轨迹，不需要对机器人进行点对点试教编程。
4.根据权利要求1所述的一种机器人喷涂轨迹自动生成***的控制方法，其特征在于：所述步骤(6)中的喷枪必须垂直于工件表面。
5.根据权利要求1所述的一种机器人喷涂轨迹自动生成***的控制方法，其特征在于：在步骤(6)中，当工件表面光滑或表面为黑色，采用滤波器进行减少或者忽略干扰处理。
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