[發(fā)明專利]一種用于對稱旋轉(zhuǎn)體的熱噴涂機器人軌跡規(guī)劃方法

有效

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• 申請日: 2018-04-13
• 公開（公告）號: CN108563250B
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發(fā)明（設計）人: 蔡振華;陳廷樣;曹良宇;練輝娟
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G05D5/02
• 分類號: G05D5/02
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 許美紅

本發(fā)明公開了一種用于對稱旋轉(zhuǎn)體的熱噴涂機器人軌跡規(guī)劃方法，包括：步驟1、以對稱旋轉(zhuǎn)體的任意一條母線作為機器人的索引曲線；步驟2、以噴涂步長為基準將索引曲線進行離散化處理，獲取路徑點；步驟3、根據(jù)機器人噴槍的最小移動速度值確定對稱旋轉(zhuǎn)體外軸旋轉(zhuǎn)速度；步驟4、根據(jù)路徑點所在截面半徑計算噴槍的瞬間移動速度；步驟5、順次連接各路徑點生成機器人路徑，對稱旋轉(zhuǎn)體繞外軸旋轉(zhuǎn)，噴槍在對稱旋轉(zhuǎn)體上掃掠的軌跡即為機器人的噴涂軌跡。本發(fā)明能減小機器人運動路徑長度并確保生成的熱噴涂涂層均勻一致，提高了噴涂效率，節(jié)省了噴涂材料和噴涂時間，有利于增強熱噴涂涂層的性能，從而解決了對稱旋轉(zhuǎn)體表面上的熱噴涂機器人路徑規(guī)劃問題。

技術領域

本發(fā)明涉及熱噴涂機器人路徑規(guī)劃領域，尤其涉及一種用于對稱旋轉(zhuǎn)體的熱噴涂機器人軌跡規(guī)劃方法。

背景技術

熱噴涂技術是一種新興的表面處理技術，廣泛用于產(chǎn)品表面防護、強化以及修復。早期的熱噴涂機器人路徑規(guī)劃通常采用示教法，由操作人員依靠經(jīng)驗進行在線生成。近年來，隨著復雜零件在熱噴涂領域內(nèi)大量出現(xiàn)，使得傳統(tǒng)的人工在線編程方法無法準確規(guī)劃機器人運動路徑，這將導致噴涂后曲面上涂層厚度變化較大，涂層精度要求難以得到保證。隨著科技的進步，在工業(yè)領域內(nèi)，離線編程方法應用到熱噴涂機器人路徑生成，由于離線編程方式具有定位精度高、程序編寫快捷、安全性高等優(yōu)點，使得噴涂工藝參數(shù)得到精確控制，提高了產(chǎn)品涂層性能。在眾多案例中，一個典型的案例是這樣的：由離線編程軟件產(chǎn)生機器人運動路徑，噴槍安裝在工業(yè)機器人手臂上，隨著機器人手臂的運動對工件表面進行噴涂作業(yè)。

1.改進前方法工作的原理

熱噴涂領域內(nèi)的機器人路徑規(guī)劃首先要求實現(xiàn)掃掠速度、噴涂角度、噴涂距離等諸多參數(shù)的精確控制，生成誤差允許范圍內(nèi)厚度均勻的涂層，其次要求減少噴涂時間以降低噴涂材料的浪費率。目前熱噴涂行業(yè)內(nèi)已有的機器人路徑規(guī)劃方法較多采用基于“布爾運算”的切分方法生成機器人路徑曲線。該方法的原理闡述如下：

空間坐標系內(nèi)存在不規(guī)則曲面S，設噴涂涂層沉積剖面滿足類高斯分布，在該分布下，獲取均勻涂層厚度的最優(yōu)路徑間距為l，要求在曲面S上生成間距為l的熱噴涂機器人路徑。具體實施步驟：

步驟1：將曲面S進行適當?shù)男D(zhuǎn)，使其在某個坐標軸平面(xy，yz或xz)上的投影面最大，在該方法中設為xy平面。

步驟2：以路徑間距l(xiāng)為參考，生成一系列平行于xy面的平面，xy',xy”...(如圖1所示)，并以這些平面與曲面S進行布爾運算，獲取一系列相交線。

步驟3：根據(jù)獲取的一系列相交線生成機器人路徑，同時添加冗余長度以提供機器人加減速距離。

由上可知，對于表面曲率變化不大的工件，該方法可以在工件表面上生成具有固定路徑間距噴涂角度一致的機器人運動路徑。

2.改進前方法存在的問題

傳統(tǒng)的熱噴涂機器人路徑規(guī)劃方法，能夠在表面曲率變化很小的工件上生成機器人路徑，但隨著復雜工件表面曲率的變化，基于“布爾運算”切分方法難以生成固定路徑間距和噴涂角度一致的機器人路徑。噴涂工藝參數(shù)的不精確，使涂層厚度和涂層質(zhì)量達不到要求。如噴涂步長不同，容易使涂層厚度不一致，噴涂角度過低，產(chǎn)生“遮蔽效應”等。同時，傳統(tǒng)的機器人路徑規(guī)劃方法難以實現(xiàn)噴涂路徑長度計算，致使噴涂時間以及噴涂材料的浪費。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術問題在于針對生產(chǎn)中需要在對稱旋轉(zhuǎn)體表面上生成滿足熱噴涂涂層厚度均勻性需求的機器人路徑的問題，將其分為兩個方面進行闡述。首先獲取對稱旋轉(zhuǎn)體的任意一條母線，以噴涂步長為基準在母線上獲取路徑點，其次以對稱旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)速和每個路徑點所在截面半徑計算對應的噴槍移動速度。本發(fā)明針對上述問題，為生成固定的噴涂間距和噴涂角度以及計算噴涂時間提供了一種較為精確的方法。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：