一种船舶用索并联机器人超跨度喷涂轨迹规划方法与流程

本发明属机械领域，特别涉及索并联机器人超跨度喷涂轨迹规划方法。

背景技术

随着人类对于海洋的探索和利用，船舶在探索、运输、开采、军事上扮演着重要的角色，而腐蚀是影响船舶及海上设施寿命的最大因素之一。常用的防腐蚀方法便是在船体表面涂覆一层具有防腐、抗静电、绝缘、吸热等特殊功能的涂料。故船体表面的喷涂处理是船舶制造装配中不可缺少的重要环节之一。

喷涂机器人是一种自动化程度及集成度较高的先进喷涂设备，在人工喷涂技术已经成熟的背景下，成为了人们新的关注点。其优点有以下几个方面：(1)柔性大，工作范围大；(2)大大提高喷涂质量和喷涂效率；(3)操作性较好，维护简单，可以示教或离线编程实现较为复杂的喷涂轨迹，缩短现场调试时间；(4)解放人工劳动力，工人的健康和安全得到了保障。所以，利用喷涂机器人的自动化喷涂系统已经被广泛应用于制造装配等许多工业领域中。对于常见的汽车制造及小工件生产，人们除对防腐、功能性有一定要求外，喷漆的环保性、壳体涂层的美观性等因素是更为重要的评价标准。然而船舶表面的喷涂则对涂层的质量，如厚度及均匀度提出了更严苛的要求，当前人工作业进行船舶涂装，虽然可以基本实现喷涂要求，但由于人为因素使得喷涂质量不能得到精确的保证，而且人工作业时间长、工作量大、环境恶劣都制约着船舶制造业的发展。而如果能够利用机器人稳定的工作性能，包括精准的定位和良好的喷涂轨迹，便能保证更好的涂层厚度与均匀度指标要求，同时也避免了涂料飞溅的喷涂环境对于工人健康的影响。可以说，传统的利用脚手架、高空作业车或爬壁机器人，仍存在健康损害、高空作业或涂装效率的问题。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种船舶用索并联机器人超跨度喷涂轨迹规划方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种船舶用索并联机器人超跨度喷涂轨迹规划方法，其特征在于包括如下步骤：(a)在预喷涂的船舶喷涂面上配置索并联机器人；机器人包括驱动装置，滑轮，绳索，末端执行器；所述驱动装置设置有多组；每一组包括电机、联轴器、减速器和滚筒；所述绳索的一端连接到末端执行器上，另一端分别连接在一个驱动装置的滚筒上，通过电机的工作带动滚筒的转动，进而带动相应绳索的伸长或缩短；末端执行器由绳索共同牵引运动，末端执行器(4)上固结有喷漆用的喷头，喷头在末端执行器运动过程中持续喷漆，喷头喷漆的流速恒定；(b)通过绳索控制末端执行器在某一高度处做振幅不同的多组往复运动；(c)通过绳索控制末端执行器上升或下降到另一高度处；(d)通过绳索控制末端执行器继续做振幅不同的多组往复运动；(e)重复步骤c和步骤d直到机器人喷涂完设定船舶喷涂面；(f)转移索并联机器人到下一个喷涂面继续进行喷涂。

作为本发明的改进，其中步骤(b)和(d)中所述的做振幅不同的多组往复运动具体包括：(b1)设定最大振幅rmax和最小振幅rmin；(b2)通过绳索控制末端执行器进行往复运动，并通过绳索控制末端执行器从中点处向一端开始运动，经过一个等于最小振幅rmin的距离后回到中点处，然后再往另一端运动，经过一个等于最小振幅rmin的距离后再次回到中点处，从而完成一次往复运动；(b3)通过绳索控制末端执行器继续进行往复运动，并逐步加大往复运动的振幅r，直到达到最大振幅rmax；(b4)通过绳索控制末端执行器继续进行往复运动，并逐步减小往复运动的振幅r，直到达到最小振幅rmin，完成振幅等于最小振幅rmin的往复运动后，末端执行器回到中点处；

作为本发明的改进，逐步加大往复运动的振幅r的过程中，振幅依次为0.1rmax，0.3rmax，0.5rmax，rmax；所述逐步减小往复运动的振幅r的过程中，振幅依次为0.5rmax，0.3rmax，0.1rmax。

作为本发明的改进，所述逐步加大往复运动的振幅r的过程中，振幅依次为0.2rmax，0.4rmax，0.6rmax，0.8rmax，rmax；所述逐步减小往复运动的振幅r的过程中，振幅依次为0.8rmax，0.4rmax，0.4rmax，0.2rmax。

作为本发明的改进，步骤b所述往复运动函数采用正弦周期函数或高次多项式函数，在运动起止端的速度为零，轨迹中间段的速度最大；并要求轨迹位置、速度、加速度和加加速度均连续平衡，以降低终端的振动。

作为本发明的改进，步骤e所述的机器人喷涂完船舶喷涂面过程可以是从上而下降低高度的过程，也可以是从下而上上升高度的过程。

作为本发明的改进，步骤c所述的通过绳索控制末端执行器上升或下降一定距离h到另一高度处，0<h<r，其中r为喷头在船舶面上形成喷涂圆的半径r。

本发明具有如下技术效果：

(1)本发明用于大型船体外表面的自动喷涂，并利用索并联机器人的超跨度运动喷漆、成本低廉。

(2)解决了大型船体外表面的自动喷涂问题，解决了大型船体外表面喷涂存在的喷涂效率低、喷涂质量受员工影响较大、喷涂环境对人体造成的危害等不足，且喷涂装置简单易构建，喷涂效率高

(3)通过对喷涂轨迹的振幅控制，即在某一高度处做振幅不同的多组往复运动，能够保证喷头喷漆流速恒定工况下喷漆厚度均匀。

附图说明

图1为本发明一种船舶用索并联机器人超跨度喷涂轨迹规划方法的流程图。

图2为本发明一种船舶用索并联机器人的结构示意图。

图3为本发明一种船舶用索并联机器人喷涂轨迹示意图。

图4为本发明一种船舶用索并联机器人喷头喷涂半径及高度调整示意图。

图5为本发明一种船舶用索并联机器人喷头喷涂半径及高度调整示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

如图1和2所示，一种船舶用索并联机器人超跨度喷涂轨迹规划方法，其特征在于包括如下步骤：

(a)在预喷涂的船舶喷涂面100上配置索并联机器人；机器人包括驱动装置1，滑轮2，绳索3，末端执行器4；所述驱动装置1设置有多组；驱动装置可以设置有多组，可以是两组，三组、四组，五组等，图中示意三组，图3-5中驱动装置省却未画；每一组包括电机、联轴器、减速器和滚筒；所述绳索3的一端连接到末端执行器4上，另一端分别连接在一个驱动装置1的滚筒上，通过电机的工作带动滚筒的转动，进而带动相应绳索3的伸长或缩短；末端执行器4由绳索3共同牵引运动，末端执行器4上固结有喷漆用的喷头，喷头在末端执行器4运动过程中持续喷漆，喷头喷漆的流速恒定；

(b)通过绳索3控制末端执行器4在某一高度处做振幅不同的多组往复运动；所述往复运动的轨迹函数采用正弦周期函数或高次多项式函数，在运动起止端的速度为零，轨迹中间段的速度最大；并要求轨迹位置、速度、加速度和加加速度均连续平衡，以降低终端的振动。

(c)通过绳索3控制末端执行器4上升或下降到另一高度处；上升或下降的距离h(41)满足0<h<r，其中r为喷头在船舶面上形成喷涂圆(42)的半径r。(d)通过绳索3控制末端执行器4继续做振幅不同的多组往复运动；

(e)重复步骤c和步骤d直到机器人喷涂完设定船舶喷涂面100；步骤e所述的机器人喷涂完船舶喷涂面100过程可以是从上而下降低高度的过程，也可以是从下而上上升高度的过程。

(f)如图5所示，转移索并联机器人到下一个喷涂面101继续进行喷涂。下一个喷涂面101可以和喷涂面100是重叠或不重叠的关系，具体根据工况条件确定。

本发明用于大型船体外表面的自动喷涂，并利用索并联机器人的超跨度运动喷漆、成本低廉。解决了大型船体外表面的自动喷涂问题，解决了大型船体外表面喷涂存在的喷涂效率低、喷涂质量受员工影响较大、喷涂环境对人体造成的危害等不足，且喷涂装置简单易构建，喷涂效率高。通过对喷涂轨迹的振幅控制，即在某一高度处做振幅不同的多组往复运动，能够保证喷头喷漆流速恒定工况下喷漆厚度均匀。

如图3和4所示，步骤b和d中所述的做振幅不同的多组往复运动具体包括：(b1)设定最大振幅rmax和最小振幅rmin；最大振幅r与跨距，船舶要喷涂的整个喷涂面的长度有关；

(b2)通过绳索3控制末端执行器4进行往复运动，并通过绳索3控制末端执行器4从中点40处向一端开始运动，经过一个等于最小振幅rmin的距离后回到中点40处，然后再往另一端运动，经过一个等于最小振幅rmin的距离后再次回到中点40处，从而完成一次往复运动；

(b3)通过绳索3控制末端执行器4继续进行往复运动，并逐步加大往复运动的振幅r，直到达到最大振幅rmax；

(b4)通过绳索3控制末端执行器4继续进行往复运动，并逐步减小往复运动的振幅r，直到达到最小振幅rmin，完成振幅等于最小振幅rmin的往复运动后，末端执行器4回到中点40处；

由于喷漆的流速恒定，自然喷头速度较快的地方喷漆厚度要小些，本实施例通过对振幅r进行逐步调整的设计，可以保证喷漆厚度的大致均匀性，具体调整方案也可根据工况条件进行具体计算确定。

作为具体实施例，逐步加大往复运动的振幅r的过程中，振幅依次为0.1rmax，0.3rmax，0.5rmax，rmax；所述逐步减小往复运动的振幅r的过程中，振幅依次为0.5rmax，0.3rmax，0.1rmax。作为另一具体实施例，逐步加大往复运动的振幅r的过程中，振幅依次为0.2rmax，0.4rmax，0.6rmax，0.8rmax，rmax；所述逐步减小往复运动的振幅r的过程中，振幅依次为0.8rmax，0.4rmax，0.4rmax，0.2rmax。

以上实施例仅是对本发明的优选实施方式的描述，不作为对本发明范围的限定，在不脱离本发明设计精神的基础上，对本发明技术方案作出的各种变形和改造，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。