[發(fā)明專利]一種經(jīng)濟(jì)型噴涂機(jī)器人噴槍軌跡規(guī)劃方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310436982.4
• 申請(qǐng)日: 2013-09-23
• 公開（公告）號(hào): CN103464344A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊亮;周文輝;黎萍;彭芳;付根平;黎敏;段琢華;梁瑞仕;呂燚
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)中山學(xué)院
• 主分類號(hào): B05C11/10
• 分類號(hào): B05C11/10;G06N3/12
• 代理公司: 中山市銘洋專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 44286
• 代理人: 鄒常友

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及一種噴涂機(jī)器人噴槍軌跡規(guī)劃方法，特別涉及噴涂機(jī)器人噴槍運(yùn)動(dòng)軌跡的優(yōu)化方法。

【背景技術(shù)】

噴涂是制造業(yè)中一項(xiàng)非常重要的工序，它能有效地防止工件受外界環(huán)境侵蝕，提高工件壽命，而且能美化工件外觀。目前在國(guó)內(nèi)，噴涂工序主要還是靠人工完成，噴涂的質(zhì)量受工人的技術(shù)熟練程度、心情等因素的影響很大。同時(shí)，噴漆過(guò)程中揮發(fā)出來(lái)的有毒氣體對(duì)工人的身體健康影響很大。因此，實(shí)現(xiàn)噴漆過(guò)程的自動(dòng)化具有巨大的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益。

噴涂機(jī)器人是一種典型的噴漆自動(dòng)化裝備。使用機(jī)器人進(jìn)行噴涂作業(yè)時(shí)，其機(jī)械末端圍繞待涂工件表面來(lái)回移動(dòng)，噴漆微粒在機(jī)件表面形成一定的厚度，因而具有工件涂層均勻、重復(fù)精度好、工作效率高的優(yōu)點(diǎn)，并能有效避免工人暴露在惡劣的工作環(huán)境中。隨著噴涂機(jī)器人的廣泛應(yīng)用，機(jī)器人噴涂已能基本滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求。但是，隨著市場(chǎng)的不斷發(fā)展及競(jìng)爭(zhēng)的加劇，現(xiàn)代工業(yè)對(duì)噴涂的質(zhì)量提出了新的要求，包括：1.噴涂質(zhì)量好，即工件表面的涂層要盡量均勻。2.效率高，也就是噴槍在運(yùn)動(dòng)時(shí)速度要快。3.節(jié)能，工業(yè)化生產(chǎn)過(guò)程中，節(jié)能已成為越來(lái)越受關(guān)注的問(wèn)題。這三個(gè)優(yōu)化目標(biāo)通常是相互制約的，如何在保證噴涂質(zhì)量及效率的情況下，降低能耗是噴涂機(jī)器人噴槍軌跡規(guī)劃問(wèn)題中的難點(diǎn)之一。

目前，市場(chǎng)上的噴涂機(jī)器人基本上采用示教編程的方式。傳統(tǒng)的示教方式需要人工干預(yù)，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可以對(duì)任意形狀的工件進(jìn)行噴涂而無(wú)需事先進(jìn)行建模，因此應(yīng)用最為廣泛。但是，采用示教編程的方式完成噴涂的缺點(diǎn)是：一方面，噴涂的效果與操作人員的熟悉程度、經(jīng)驗(yàn)相關(guān)；另一方面，在噴槍軌跡規(guī)劃上鮮見綜合考慮能耗、噴涂質(zhì)量、噴涂效率等多方面因素的噴槍軌跡規(guī)劃方法。

申請(qǐng)?zhí)枮?01210050434.3的中國(guó)專利申請(qǐng)公開了一種利用三維構(gòu)造軟件進(jìn)行噴槍軌跡規(guī)劃的方法，該方法能實(shí)現(xiàn)噴槍軌跡的精確控制，但噴漆效果依賴于三維軟件建模模型的精確度。申請(qǐng)?zhí)枮?01110355488.6的中國(guó)專利申請(qǐng)公開了一種針對(duì)非規(guī)則多面體的噴槍軌跡優(yōu)化方法，該方法需要事先用CAD進(jìn)行建模，因此噴涂質(zhì)量依賴于建模精度。另外，該方法在優(yōu)化過(guò)程中沒(méi)有考慮能耗問(wèn)題。公開號(hào)CN?101239346?提供了一種復(fù)雜曲面上的噴涂機(jī)器人噴槍軌跡優(yōu)化方法，可實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜曲面的工件進(jìn)行噴涂作業(yè)時(shí)的機(jī)器人自動(dòng)噴涂，但該方法應(yīng)用面較窄，僅適合于曲面，而對(duì)于非規(guī)則多面體則不適用。

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【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明意在解決上述噴涂質(zhì)量、噴涂效率與能耗三者之間的矛盾，提供一種能耗低、噴涂質(zhì)量好、速度快的噴槍軌跡規(guī)劃方法。該創(chuàng)新噴槍軌跡規(guī)劃方法能夠在保證噴涂質(zhì)量和噴涂效率的前提下，有效降低能耗，能夠滿足現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)對(duì)噴槍作業(yè)軌跡的要求。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下:

一種經(jīng)濟(jì)型噴涂機(jī)器人噴槍軌跡規(guī)劃方法，其特征在于，包括以下步驟:

(1)采用樣條曲線對(duì)由示教器得到的軌跡關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行擬合，得到初次規(guī)劃的噴槍軌跡，以能耗、噴槍運(yùn)動(dòng)時(shí)間、涂層變化率為目標(biāo)建立優(yōu)化目標(biāo)函數(shù);

(2)利用對(duì)位學(xué)習(xí)遺傳算法進(jìn)行多目標(biāo)尋優(yōu)，最終得到噴涂質(zhì)量好、效率高、能耗低的噴槍軌跡。

所述的一種經(jīng)濟(jì)型噴涂機(jī)器人噴槍軌跡規(guī)劃方法，其特征在于，所述優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的建立方法如下:?以實(shí)際涂層厚度與理想涂層厚度之間的方差最小為優(yōu)化目標(biāo)，建立目標(biāo)函數(shù)1；以整個(gè)噴涂過(guò)程中能耗最小為優(yōu)化目標(biāo)，建立目標(biāo)函數(shù)2，其中能耗大小主要采用平均力矩來(lái)描述；以整個(gè)噴涂過(guò)程中時(shí)間最小為優(yōu)化目標(biāo)，建立目標(biāo)函數(shù)3。

所述的一種經(jīng)濟(jì)型噴涂機(jī)器人噴槍軌跡規(guī)劃方法，其特征在于，所述對(duì)位學(xué)習(xí)遺傳算法多目標(biāo)尋優(yōu)的具體方法如下:初始化N個(gè)個(gè)體，每個(gè)個(gè)體表示為需要優(yōu)化的變量，包括噴槍運(yùn)行速度、兩個(gè)噴涂行程的涂層重疊區(qū)域?qū)挾鹊刃畔ⅲ?duì)這N個(gè)個(gè)體計(jì)算其對(duì)位個(gè)體，將原個(gè)體與對(duì)位個(gè)體結(jié)合在一起，構(gòu)成初始種群，采用聯(lián)賽機(jī)制選擇父代個(gè)體，進(jìn)行模擬二進(jìn)制交叉、多項(xiàng)式變異操作，并為子代分配rank值，并根據(jù)rank值優(yōu)選個(gè)體為下代種群進(jìn)行迭代，當(dāng)達(dá)到最大迭代次數(shù)后，完成尋優(yōu)任務(wù)，最終得到優(yōu)化后的噴槍軌跡信息，包括噴槍運(yùn)行速度、兩個(gè)噴涂行程間涂層重疊區(qū)域的寬度。

本發(fā)明所述的技術(shù)方案適用于市場(chǎng)上絕大多數(shù)的噴漆機(jī)器人，具有實(shí)用性強(qiáng)、改造成本低、適用面廣的特點(diǎn)。所規(guī)劃出來(lái)的噴槍軌跡具有噴涂效率高、噴涂層厚度均勻、能耗低的優(yōu)點(diǎn)，既保證了質(zhì)量又降低了能耗。

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【附圖說(shuō)明】