一种机器人自动喷涂系统的控制方法
【技术领域】
[0001]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自动喷涂系统的控制方法。
【背景技术】
[0002]工业喷涂生产领域的竞争正变得日趋激烈，对自动化水平，优化程度和油漆的质量需求日益提高。引入工业机器人喷涂系统将更加的环保节能、健康、安全，并将大幅降低成本。机器人路径对喷涂厚度的均匀性起决定性作用，而喷涂厚度的均匀性又强烈影响其产品的质量。
[0003]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图及现场多次示教编程后才能完成。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。且传统示教编程下，需要保证不同工件每次摆放的位置姿态必须一致，因此针对不同的工件需要设计和制造专用的工装夹具完成对其的严格定位，工装夹具定位不准确严重会影响喷涂的质量。
【发明内容】
[0004]为了解决上述技术问题，本发明提供一种机器人自动喷涂系统的控制方法，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，且不需要额外的工装夹具，降低系统设计复杂性和使用维护成本。
[0005]本发明解决其技术问题采用以下技术方案来实现:
[0006]一种机器人自动喷涂系统的控制方法，包括以下步骤:
[0007](I)获取待喷涂工件特征数据:利用视觉系统扫描固定式或移动式的待喷涂工件，得到待喷涂工件数据以获取喷涂物的容貌特征，数据可以实时显示并传输至集成计算机处理，所述集成计算机内集成有用于对扫描数据处理并生成机器人喷涂的最优路径的图像处理系统和模拟机器人进行喷涂加工的仿真系统，本发明的数据具有实时性，即得到待喷涂工件数据后立刻传输给集成计算机，以确保集成计算机的快速反映并有助于喷涂轨迹的快速生成；
[0008](2)图像处理系统处理所获取数据:图像处理系统接收来自视觉系统数据后，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，这些特征将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；本发明的图像处理系统利用图像分割从不同的视觉设备中进行图像的合成工作，同时可以处理不同的待喷涂工件，该待喷涂工件以任意的位置和方向进行扫描后都可以进行处理，能够实现坐标系的实时跟踪，从而解决待喷涂工件为移动状态时的扫描问题。
[0009](3)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、生成机器人运动轨迹，软件内部仿形系统作为一个数字化的功能，目的是实现恒定喷涂速度和高平滑性，自动轨迹生成器内置有基于特定行业喷涂经验的喷涂工艺专家系统，包含了基于大量的工件喷涂经验的数据积累以形成的具有最优的轨迹、参数的喷涂工艺，从而可针对不同的待喷涂工件制定最优的轨迹和参数，保证了喷涂加工的顺利进行；
[0010](4)仿真:轨迹自动生成后由仿真系统模拟机器人去完成设定好的喷涂任务，从而对运动路径和轨迹的优化进行模拟仿真，机器人的关键概念例如正运动学、逆运动学、均可仿真实现，用于检测并解决碰撞、奇异点、关节速度极限和关节位置极限等问题；仿真中采用不同的颜色变化突出显示应用于该对象的整个表面的喷涂量。而且，用户可以显示所有机器人本体上的连杆的位置、速度以及加速度；
[0011](5)操控用户界面:步骤(4)完成后，操作者操作用户界面实现喷涂，用户界面主要是为操作者操作机器人提供简易而方便的操作，可以选择语言、各类参数、统计、远程协助的功能；
[0012](6)确定喷涂参数:机器人喷涂轨迹完成了喷涂的基本走向，为确保质量系统提供各类喷涂的参数调整功能，平面和边缘通用参数提供了偏移、开枪、关枪距离、轨迹过渡的参数，对于工件边缘的参数有Y角、偏移深度、连续移动角度、边选择的参数；对于平板的参数有运动方向、Y角度、Y角摆动、Z角度、Z角摆动、并行轨迹间隔、并行轨迹偏移、工件喷涂次数的参数；对于线参数有Y角度、Z角度、顶点偏移、顶点修正、角通过速度、面板框架的参数。
[0013](7)喷涂加工:机器人喷涂系统根据确定好的仿形轨迹、结合供漆系统、喷涂工艺要求，对各种待喷涂工件进行喷涂，喷涂时利用机器人喷涂系统中的机器人本体下方安装的旋转底座完成自动抓取待喷涂工件和快速更换已喷涂工件，也可以采用其他的输送和上下料方式完成工件的更换。
[0014]所述视觉系统采用光栅、激光传感器实现对待喷涂工件的扫描。
[0015]所述图像处理系统包括对待喷涂工件图像信息的搜索和分析，并利用图像分割对不同的图像进行合成工作，所述待喷涂工件图像为2D或3D的形式。
[0016]本发明采用的机器人喷涂系统集机器人本体、机器人控制器和供漆系统于一体，机器人本体的下部安装的旋转底座可以自动抓取待喷涂工件和快速更换已喷涂工件，极大的提高了工件的装件和更换效率，自动化程度高，取代了传统的人工装件方式，安全系数尚O
[0017]所述机器人本体、供漆系统、旋转底座均与机器人控制器相连，所述机器人控制器与集成计算机相连，从而利用集成计算机将指令输送给机器人控制器，以控制机器人本体、供漆系统、旋转底座执行相应的喷涂操作。
[0018]自动轨迹生成器的工作过程如下:
[0019](a)喷涂工艺专家系统的形成: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系统，并将喷涂工艺专家系统集成在计算机上；
[0020](b)工件图像数据输入:获得工件的图像数据传输给喷涂工艺专家系统；
[0021](c)轨迹自动生成:生成机器人的喷涂程序，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；
[0022](d)参数设定:轨迹自动生成后，喷涂工艺专家系统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；
[0023](e)样条算法实现恒定速度和高平滑性:在步骤(d)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插入每个轨迹点，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；
[0024](f)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(e)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。
[0025]在步骤(e)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插入每个轨迹点，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。
[0026]所述步骤(e)中的喷枪必须垂直于工件表面。
[0027]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。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。
[0028]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。
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