[發(fā)明專利]一種基于邊界約束的不規(guī)則平面變傾角噴涂軌跡的優(yōu)化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911413643.8
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN111013887B
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾勇;于永慶;肖海寧;周臨震
• 申請（專利權(quán)）人: 鹽城工學(xué)院
• 主分類號: B05B13/04
• 分類號: B05B13/04;B05B12/08
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 殷星

本發(fā)明公開了一種基于邊界約束的不規(guī)則平面變傾角噴涂軌跡的優(yōu)化方法。該方法在基于邊界約束生成的相對較短的噴涂路徑基礎(chǔ)上，將噴涂傾角作為噴槍的可控參數(shù)，考慮到噴涂路徑可能是自由曲線的形式，基于圓弧逼近思想，建立噴槍在單條圓弧噴涂路徑動態(tài)噴涂的涂層厚度模型，并進(jìn)一步給出圓弧路徑兩側(cè)涂層厚度分布的優(yōu)化方法；以整個(gè)工件表面上的涂層均勻度為優(yōu)化目標(biāo)，通過建立生成噴涂路徑每條截交線上兩相鄰噴涂路徑間的涂層厚度疊加模型，給出整個(gè)工件表面上噴槍變傾角噴涂軌跡參數(shù)的全局優(yōu)化算法，最終達(dá)到涂層均勻度、噴涂效率和涂料利用率的同時(shí)提升。本發(fā)明方法在減少涂料浪費(fèi)和噴涂時(shí)間的同時(shí)，還能保證均勻的噴涂效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于邊界約束的不規(guī)則平面變傾角噴涂軌跡的優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

由于噴涂機(jī)器人離線編程軌跡規(guī)劃方式具有不占用機(jī)器人工作時(shí)間、可以規(guī)劃復(fù)雜軌跡和將工人從有毒的環(huán)境中解放出來等優(yōu)點(diǎn)，越來越多地被運(yùn)用在諸如汽車、船舶和航空航天等領(lǐng)域中。噴涂軌跡優(yōu)化結(jié)果直接影響到噴涂后的噴涂質(zhì)量、噴涂效率和涂料利用率，對涂裝生產(chǎn)具有重要意義。對于邊界形狀不規(guī)則平面工件的噴涂，為簡單起見，以往不考慮工件邊界約束的噴涂路徑規(guī)劃方法，具有路徑長、邊界處易過噴的缺陷，導(dǎo)致涂料不必要的浪費(fèi)和噴涂時(shí)間較長，不利于涂料利用率和噴涂效率的提升。而考慮工件邊界約束生成的噴涂路徑，雖然路徑長度有所縮短、過噴減少，但由于生成的是自由曲線式的噴涂路徑，傳統(tǒng)的噴槍以垂直姿態(tài)沿路徑動態(tài)噴涂產(chǎn)生的涂層均勻度又不如無邊界約束的情況好，涂層均勻度、噴涂效率和涂料利用率很難得到兼顧，已不能滿足當(dāng)今噴涂作業(yè)的新標(biāo)準(zhǔn)要求。

申請?zhí)?01810316359.8公開了一種基于曲面參數(shù)化的曲面噴涂軌跡生成方法及系統(tǒng)，其中，該方法包括以下步驟：S1、獲取需要噴涂的曲面信息，根據(jù)曲面信息獲取噴槍的涂層累積模型和多條梯度流線；S2、結(jié)合涂層累積模型和預(yù)設(shè)的優(yōu)化目標(biāo)獲取噴槍優(yōu)化參數(shù)；S3、結(jié)合梯度流線和噴槍優(yōu)化參數(shù)獲取噴槍的軌跡信息和每條梯度流線上的噴槍高度信息；S4、結(jié)合曲面信息、噴槍軌跡信息和噴槍高度信息獲取噴槍的軌跡位姿參數(shù)，從而生成曲面噴涂軌跡。本發(fā)明根據(jù)不同的曲面自動的調(diào)節(jié)噴槍軌跡信息和高度信息，從而規(guī)劃不同的噴涂軌跡，該方法能夠適用于形狀不規(guī)則的相對復(fù)雜的自由曲面，噴涂均勻且路徑優(yōu)化，提高了曲面噴涂效率和質(zhì)量，可廣泛應(yīng)用于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。但該方法尚未考慮到生成噴涂路徑的測地曲率對膜厚分布均勻性的影響，當(dāng)生成的噴涂路徑是曲線時(shí)，噴涂路徑的測地曲率會導(dǎo)致路徑兩側(cè)的涂膜厚度分布不對稱，嚴(yán)重影響噴涂后的涂膜均勻性，對此尚未給出其優(yōu)化方法。

發(fā)明內(nèi)容

針對邊界不規(guī)則平面工件噴涂中現(xiàn)有的技術(shù)缺陷，基于規(guī)劃的邊界約束噴涂路徑，提供一種基于邊界約束的不規(guī)則平面變傾角噴涂軌跡的優(yōu)化方法。在基于邊界約束生成的相對較短的噴涂路徑基礎(chǔ)上，將噴涂傾角作為噴槍的可控參數(shù)，考慮到噴涂路徑可能是自由曲線的形式，基于圓弧逼近思想，建立噴槍在單條圓弧噴涂路徑動態(tài)噴涂的涂層厚度模型，并進(jìn)一步給出圓弧路徑兩側(cè)涂層厚度分布的優(yōu)化方法；以整個(gè)工件表面上的涂層均勻度為優(yōu)化目標(biāo)，通過建立生成噴涂路徑每條截交線上兩相鄰噴涂路徑間的涂層厚度疊加模型，給出整個(gè)工件表面上噴槍變傾角噴涂軌跡參數(shù)的全局優(yōu)化算法，最終達(dá)到涂層均勻度、噴涂效率和涂料利用率的同時(shí)提升。

為解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種基于邊界約束的不規(guī)則平面變傾角噴涂軌跡的優(yōu)化方法，包括以下步驟：

步驟1，基于已有的靜態(tài)垂直噴涂涂層生長率模型，將噴涂傾角作為噴槍的可控參數(shù)，運(yùn)用微分幾何原理建立靜態(tài)變傾角噴涂涂層生長率模型；

步驟2，根據(jù)圓弧逼近思想，將基于邊界約束生成的自由曲線型噴涂路徑等效成若干圓弧段的組成，其中直線可看作是曲率半徑無窮大的圓??；

步驟3，基于建立的靜態(tài)變傾角噴涂涂層生長率模型，建立單條圓弧路徑上噴槍動態(tài)噴涂的涂層厚度模型，并進(jìn)一步建立單條路徑兩側(cè)涂層厚度分布的優(yōu)化模型，獲得噴涂速率、噴涂傾角與噴涂高度的函數(shù)關(guān)系；