[發明專利]噴涂機器人空間路徑規劃方法

有效

• 申請號: 201310660713.6
• 申請日: 2013-12-09
• 公開（公告）號: CN103611646A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發明（設計）人: 陳偉;曾慶軍;湯養;劉海艦
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: B05B13/04
• 分類號: B05B13/04;G06F17/50
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域

本發明涉及一種噴涂機器人，尤其涉及一種噴涂機器人空間路徑規劃方法，屬于智能機器人技術領域。

背景技術

噴涂機器人是一種先進涂裝生產裝備，在國內外廣泛應用于汽車等產品的涂裝生產線。對于諸如汽車、電器及家具等產品，其表面的噴涂效果對質量有相當大的影響。在自動噴涂操作中，噴涂機器人的機械手圍繞待涂工件表面來回移動，適當的路徑和其它過程參數的優化選擇都能使生產成本得到節約。實際生產中，噴涂機器人噴涂作業的優化目標主要有兩個：一是工件表面的涂層盡量均勻；二是噴涂時間盡量短。然而，這兩個優化目標，即效果和效率通常是相互制約的。

在本技術領域，噴涂機器人軌跡優化方法的思路是：先指定噴涂機器人空間路徑，再找出機器人沿指定空間路徑的最優時間序列，即機器人以什么樣的速度沿指定空間路徑進行噴涂作業時，工件表面上的涂層厚度最均勻。從這個角度來說，噴涂機器人的優化軌跡可以看成由兩個因素組成：一是噴涂空間路徑，二是噴涂機器人移動速度。因此，尋找到合適的噴涂機器人空間路徑對其軌跡優化工作起著至關重要的作用。

近年來，隨著噴涂機器人的廣泛應用，機器人噴涂已基本上能滿足工業生產的需要。但由于制造工業的不斷發展，出現了許多表面為復雜曲面的工件。由于此類曲面結構復雜多變，采用一股的計算機輔助幾何設計(CAGD)中的曲面造型方法很難對復雜曲面進行處理，因此復雜曲面的噴涂機器人路徑規劃是一個難點。應當指出，現在噴涂機器人軌跡優化工作中，大部分工作都還是集中于討論軌跡優化的方法或二維平面上的噴涂路徑規劃，而對于面向復雜曲面的噴涂機器人三維空間路徑規劃的方法仍然比較少。通常情況下，噴涂機器人路徑規劃只是求出兩條相鄰噴涂路徑之間距離的最優值，并以此最優值來規劃機器人空間路徑，這種方法顯得過于簡單和粗糙。另外，隨著噴涂機器人的廣泛應用，現在工業生產中復雜噴涂工件越來越多，而僅僅從研究噴涂機器人軌跡優化方法的角度上來提高噴涂效果就有一定的局限性了。因此，要想獲得更佳的優化軌跡并得到更好的噴涂效果，必須對噴涂機器人空間路徑規劃方法進行深入研究。申請號為CN201210050434的專利文獻中公開了一種自由曲面噴涂機器人的噴槍軌跡規劃方法，該方法中提出在三維造型軟件中將被噴涂表面直接劃分成若干個形狀規則的區域。這種方法對曲面造型的處理比較簡單，只能適用于曲率變化較小的自由曲面中，不能用于具有復連通區域的復雜曲面工件表面的噴涂作業。專利號為ZL200810020500.6的專利文獻給出了一種復雜曲面上的噴涂機器人噴槍軌跡優化方法，但該方法只是優化了噴涂速度，沒有給出具體的噴涂空間路徑的規劃方法。專利號為ZL200810156065.X的專利文獻給出了一種非規則平面多邊形的靜電噴涂機器人變量噴涂方法，但沒有涉及到復雜曲面上的路徑規劃方法。因此，為了滿足現代制造業對復雜曲面工件的噴涂要求，研究一種針對復雜曲面工件的噴涂空間路徑規劃方法，具有實際意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種噴涂機器人空間路徑規劃方法，以提高復雜曲面上的機器人噴涂效果和噴涂效率，滿足實際工業生產的需要。

本發明的目的通過以下技術方案予以實現：

一種噴涂機器人空間路徑規劃方法，包括以下步驟：

1)根據復雜曲面的拓撲結構將復雜曲面進行分片，并計算復雜曲面的平均法向量，復雜曲面的分片即對該復雜曲面最大投影面進行分片；根據最大投影面的拓撲結構，復雜曲面分片步驟如下：

(1)計算規則多邊形與凸多邊形度量參數；所述規則多邊形是指內角為直角或者鈍角的多邊形，所述凸多邊形是指內角角度均小于180度的多邊形；對于規則多邊形和凸多邊形度量參數R計算式為：

R=(Σi=1pλ(θi))/p]]>

上式中，p表示規則多邊形頂點的個數，θ_i(i=1，2，…，p)為規則多邊形內角角度，λ(θ_i)為罰函數，其定義式為：