CN109571480A - 一种汽车清洗机器人轨迹规划***和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了种汽车清洗机器人轨迹规划***，其特征在于，包括：通讯模块：实现与视觉子***和机器人控制器***数据交互；造型处理模块：对视觉子***获取的车辆外形数据进行处理，建立车辆模型；工艺参数模块：确定清洗工艺参数；轨迹规划模块：根据建立车辆模型和确定清洗工艺参数生成能产生最佳清洗效果的清洗机器人轨迹。本发明对不同规格汽车的扫描和处理的STL模型，自动进行分割清洗区域，并进行路径规划，对规划的路径，根据机器人的结构特点计算出机器人如何运动，运动时各轴角度的变化，并将该规划结果发送到控制器，使得清洗机器人工作更加精准，清洁效果更好。
Description
技术领域
本发明涉及自动汽车清洗机器人的离线轨迹规划领域，并可扩展应用到其他类似功能机器人的离线轨迹规划***。
背景技术
汽车在行驶和停放期间，由于受来自大气、地面、燃料废气等方面的污染，表面及外露部件不可避免的会沉积烟雾、灰尘、油污、积碳、氧化物等污染物；这些污染物不仅会增加汽车油耗，还会造成汽车表面漆层的腐蚀，所以汽车拥有者对汽车清洗都非常重视。
为了提升清洗洁净度、提高效率、节约成本，采用专用清洗机器人来完成汽车清洗将成为未来发展的趋势。机器人在清洗汽车表面是需要按照一定的轨迹路线实现汽车清洗，本离线规划***提出根据汽车的三维模型，自动进行分割清洗区域，并进行路径规划；对规划的路径，根据机器人的结构特点计算出机器人如何运动，运动时各轴角度的变化，并将该规划结果发送到控制器，控制器可以根据该结果实现机器人的运动。
针对机器人清洗技术，有专利申请号为申请号：201611096191.1，专利名称为《一种汽车清洗***及清洗方法》的公开文献，但该清洗***不具备离线规划，无法对车辆进行更加精准的清洗工作。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是实现一种能够对汽车模型表面轨迹规划，使得清洗更加精确的***。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种汽车清洗机器人轨迹规划***，其特征在于，包括：
通讯模块：实现与视觉子***和机器人控制器***数据交互；
造型处理模块：对视觉子***获取的车辆外形数据进行处理，建立车辆模型；
工艺参数模块：确定清洗工艺参数；
轨迹规划模块：根据建立车辆模型和确定清洗工艺参数生成能产生最佳清洗效果的清洗机器人轨迹。
运动控制模块：根据清洗机器人轨迹生成的末端执行器运动轨迹转换成机器人各关节的运动轨迹；
程序生成模块：将运动轨迹转变成机器人能识别的程序语言。
***还包括：分析仿真模块：实现图形化显示机器人清洗时汽车表面的清洗覆盖区域情况，并以列表形式给出车身表面上清洗区域的偏差数据，或用等高线配以不同色彩的方式在计算机屏幕上显示出清洗区域的空间分布效果图。
***还包括：数据管理模块：保存汽车模型信息、清洗轨迹程序和用户建立的参数模板。
***还包括：人机交互模块：完成所有模块的操作、显示和交互功能。
所述工艺参数模块：提供接口供用户输入清洗工艺参数，如果用户不设置，工艺参数模块根据标准的模型自动计算最优值。
所述清洗工艺参数包括清洗速度、滚刷高度、外部偏置、转弯半径、行程间距。
基于所述汽车清洗机器人轨迹规划***的轨迹规划方法，包括：
1)预处理层实现在ROS平台下的标准机器人格式转换，定义工件模型，允许用户对工艺参数和机器人标定等数据进行载入；
2)规划层实现复杂曲线或曲面的离线轨迹规划，实现机器人运动控制，实现对轨迹点的优化调整；
3)编辑层实现对用户参数、轨迹、程序的编辑、保存、读取等操作，并可以实现与控制器等的通讯；
4)交互层提供用户界面，实现用户对软件的操作，并实现账户的管理。
本发明对不同规格汽车的扫描和处理的STL模型，自动进行分割清洗区域，并进行路径规划，对规划的路径，根据机器人的结构特点计算出机器人如何运动，运动时各轴角度的变化，并将该规划结果发送到控制器，使得清洗机器人工作更加精准，清洁效果更好。
附图说明
下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容作简要说明：
图1为汽车清洗机器人轨迹规划***原理图；
图2为汽车清洗机器人轨迹规划方法原理图。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
汽车清洗机器人轨迹规划***提供标准的机器人数据格式，提供定义机器人接口，实现机器人自定义。能够针对复杂曲线和曲面自动规划机器人运动轨迹。提供便捷的机器人运动操作和运动学正逆解接口。能够实现可视化仿真。实现机器人运动过程的仿真和末端执行效果的显示。实现标准的机器人指令和程序的创建、编辑和修改。实现与视觉***和机器人控制器之间的程序输入与输出。
离线清洗轨迹规划模块利用获取的车身三维模型和位姿信息，完成车身的离线清洗轨迹规划，同时根据车身数模与实际间位姿变换关系，生成机器人清洗指令，并将程序发送给控制器。
为实现所有既定功能，机器人离线清洗软件子***的需要包含以下九大模块，如图1所示，即造型处理模块、工艺参数模块、轨迹规划模块、运动控制模块、分析仿真模块、程序生成模块、通讯模块、数据管理模块和人机交互模块。
(1)造型处理模块。对于复杂曲面，使用特殊方法对曲面进行处理。经过处理后，***数据库中就存放了物体的数据，为视觉匹配和轨迹规划轨迹提供了清洗机型数据信息。
(2)工艺参数模块。提供接口供用户输入清洗工艺参数。如清洗速度、滚刷高度、外部偏置、转弯半径、行程间距等。对于这些参数，如果用户不设置，可以根据标准的模型自动计算最优值。
(3)轨迹规划模块。该模块根据其他模块所传来的数据与清洗过程中各种参数，自动生成能产生最佳清洗效果的清洗机器人轨迹。该模块集成了可达性分析、碰撞检测、运动规划、轨迹规划等算法，是整个软件***的核心部分。
(4)运动控制模块。本模块的主要功能是根据机器人逆运动学原理，将上一模块所生成的末端执行器运动轨迹转换成机器人各关节的运动轨迹，从而为分析仿真模块提供机器人的运动数据。
(5)分析仿真模块。本模块实现图形化显示机器人清洗时汽车表面的清洗覆盖区域情况，并以列表形式给出车身表面上清洗区域的偏差数据，也可以用等高线配以不同色彩的方式在计算机屏幕上显示出清洗区域的空间分布效果图。
(6)程序生成模块。完成将机器人的运动轨迹(由机器人运动轨迹生成模块提供)转变成其能识别的程序语言。
(7)通讯模块。实现与视觉子***和机器人控制器***数据交互。
(8)数据管理模块。保存汽车模型信息、清洗轨迹程序和用户建立的参数模板，提高程序重复调用性。
(9)人机交互模块。完成上述所有模块的操作、显示和交互功能，提供友好的交互界面和用户体验。
如图2所示，汽车清洗机器人轨迹规划方法为四个层次。分别为预处理层、规划层、编辑层和交互层。
(1)预处理层实现在ROS平台下的标准机器人格式转换，定义工件模型，允许用户对工艺参数和机器人标定等数据进行载入。
(2)规划层实现复杂曲线或曲面的离线轨迹规划，实现机器人运动控制，实现对轨迹点的优化调整。
(3)编辑层实现对用户参数、轨迹、程序的编辑、保存、读取等操作，并可以实现与控制器等的通讯。
(4)交互层提供用户界面，实现用户对软件的操作，并实现账户的管理。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种汽车清洗机器人轨迹规划***，其特征在于，包括：
通讯模块：实现与视觉子***和机器人控制器***数据交互；
造型处理模块：对视觉子***获取的车辆外形数据进行处理，建立车辆模型；
工艺参数模块：确定清洗工艺参数；
轨迹规划模块：根据建立车辆模型和确定清洗工艺参数生成能产生最佳清洗效果的清洗机器人轨迹。
运动控制模块：根据清洗机器人轨迹生成的末端执行器运动轨迹转换成机器人各关节的运动轨迹；
程序生成模块：将运动轨迹转变成机器人能识别的程序语言。
2.根据权利要求1所述的汽车清洗机器人轨迹规划***，其特征在于：***还包括：分析仿真模块：实现图形化显示机器人清洗时汽车表面的清洗覆盖区域情况，并以列表形式给出车身表面上清洗区域的偏差数据，或用等高线配以不同色彩的方式在计算机屏幕上显示出清洗区域的空间分布效果图。
3.根据权利要求2所述的汽车清洗机器人轨迹规划***，其特征在于：***还包括：数据管理模块：保存汽车模型信息、清洗轨迹程序和用户建立的参数模板。
4.根据权利要求3所述的汽车清洗机器人轨迹规划***，其特征在于：***还包括：人机交互模块：完成所有模块的操作、显示和交互功能。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的汽车清洗机器人轨迹规划***，其特征在于：所述工艺参数模块：提供接口供用户输入清洗工艺参数，如果用户不设置，工艺参数模块根据标准的模型自动计算最优值。
6.根据权利要求5所述的汽车清洗机器人轨迹规划***，其特征在于：所述清洗工艺参数包括清洗速度、滚刷高度、外部偏置、转弯半径、行程间距。
7.基于权利要求1-6中任一所述汽车清洗机器人轨迹规划***的轨迹规划方法，其特征在于，包括：
1)预处理层实现在ROS平台下的标准机器人格式转换，定义工件模型，允许用户对工艺参数和机器人标定等数据进行载入；
2)规划层实现复杂曲线或曲面的离线轨迹规划，实现机器人运动控制，实现对轨迹点的优化调整；
3)编辑层实现对用户参数、轨迹、程序的编辑、保存、读取等操作，并可以实现与控制器等的通讯；
4)交互层提供用户界面，实现用户对软件的操作，并实现账户的管理。
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