[發(fā)明專利]基于關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)負(fù)載的噴涂機(jī)器人安裝位置確定方法及裝置

有效

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• 申請日: 2020-09-18
• 公開（公告）號: CN112156915B
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳軍;劉子麟;王立平;于廣
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: B05B13/04
• 分類號: B05B13/04;B25J11/00
• 代理公司: 北京清亦華知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張大威

本發(fā)明公開了一種基于關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)負(fù)載的噴涂機(jī)器人安裝位置確定方法及裝置，方法包括：根據(jù)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型和關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)角度范圍確定噴涂機(jī)器人的可達(dá)工作空間；根據(jù)動(dòng)力學(xué)模型建立表征驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)負(fù)載大小的動(dòng)力學(xué)評價(jià)指標(biāo)；根據(jù)待噴涂工件的工作表面形狀與尺寸和機(jī)器人末端執(zhí)行器與工作表面的距離，確定噴涂機(jī)器人的任務(wù)工作空間范圍，并在范圍內(nèi)等距均勻選擇多個(gè)位點(diǎn)，以各位點(diǎn)對應(yīng)的動(dòng)力學(xué)評價(jià)指標(biāo)的平均值作為表征區(qū)域整體負(fù)載水平的評價(jià)指標(biāo)；在可達(dá)工作空間范圍內(nèi)，尋找整體負(fù)載評價(jià)指標(biāo)的最低點(diǎn)，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換確定噴涂機(jī)器人與待噴涂工件的相對安裝位置。該方法可以減少因負(fù)載劇烈變化而引起的運(yùn)動(dòng)精度波動(dòng)，保障自動(dòng)化噴涂系統(tǒng)的表面涂裝質(zhì)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)負(fù)載的噴涂機(jī)器人安裝位置確定方法及裝置。

背景技術(shù)

表面噴涂是航空航天和汽車制造領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，如果表面涂層質(zhì)量不過關(guān)，在復(fù)雜環(huán)境中長期使用將會引起涂層的老化、腐蝕甚至脫落，從而帶來安全隱患。為提升表面噴涂質(zhì)量，以噴涂機(jī)器人為核心設(shè)備的自動(dòng)化噴涂系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各大制造領(lǐng)域，相對于人工噴涂而言，機(jī)器人的噴涂效率更高、安全性更有保障，同時(shí)機(jī)器人的設(shè)計(jì)、優(yōu)化、調(diào)試、應(yīng)用等過程均可通過理論研究實(shí)現(xiàn)流程化、精準(zhǔn)化。

出于運(yùn)行安全與控制方便的考慮，在對給定的噴涂任務(wù)進(jìn)行機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或者對通用機(jī)器人進(jìn)行選型時(shí)，必須保證機(jī)器人末端執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)范圍能夠完全覆蓋工作任務(wù)要求且留有安全余量，因此噴涂機(jī)器人的可達(dá)工作空間總是要大于任務(wù)工作空間的范圍。在機(jī)器人設(shè)計(jì)或選型完成后，工件與機(jī)器人的相對安裝間距決定了機(jī)器人實(shí)際執(zhí)行任務(wù)時(shí)的運(yùn)動(dòng)范圍在其全部可達(dá)工作空間中的相對位置。機(jī)器人是復(fù)雜的多軸耦合機(jī)電系統(tǒng)，其驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)的負(fù)載具有顯著的時(shí)變特征，當(dāng)末端執(zhí)行器的位姿改變時(shí)，各支鏈姿態(tài)與慣量相應(yīng)變化，從而使得電機(jī)需要提供的驅(qū)動(dòng)力矩發(fā)生變化。在工作空間中的某些位置上，機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)負(fù)載可能會顯著上升，提高運(yùn)行成本，動(dòng)力學(xué)行為的劇烈變化為控制精度保證帶來困難，甚至可能引起機(jī)器人失穩(wěn)。在工程實(shí)際和現(xiàn)有研究中還沒有一種考慮機(jī)器人動(dòng)力學(xué)負(fù)載特性的工作空間優(yōu)化與安裝調(diào)試方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。

為此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種基于關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)負(fù)載的噴涂機(jī)器人安裝位置確定方法，該方法可以減少因負(fù)載劇烈變化而引起的運(yùn)動(dòng)精度波動(dòng)，保障自動(dòng)化噴涂系統(tǒng)的表面涂裝質(zhì)量。

本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提出一種基于關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)負(fù)載的噴涂機(jī)器人安裝位置確定裝置。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明一方面實(shí)施例提出了一種基于關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)負(fù)載的噴涂機(jī)器人安裝位置確定方法，包括：

S1，根據(jù)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型和關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)角度范圍確定噴涂機(jī)器人的可達(dá)工作空間；

S2，根據(jù)動(dòng)力學(xué)模型建立表征驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)負(fù)載大小的動(dòng)力學(xué)評價(jià)指標(biāo)；

S3，根據(jù)待噴涂工件的工作表面形狀與尺寸和機(jī)器人末端執(zhí)行器與工作表面的距離，確定噴涂機(jī)器人的任務(wù)工作空間范圍，在所述任務(wù)工作空間范圍內(nèi)等距均勻選擇多個(gè)位點(diǎn)，以各位點(diǎn)對應(yīng)的動(dòng)力學(xué)評價(jià)指標(biāo)的平均值作為表征區(qū)域整體負(fù)載水平的評價(jià)指標(biāo)；

S4，在所述可達(dá)工作空間范圍內(nèi)，尋找所述整體負(fù)載水平的評價(jià)指標(biāo)的最低點(diǎn)，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換確定噴涂機(jī)器人與所述待噴涂工件的相對安裝位置。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明另一方面實(shí)施例提出了一種基于關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)負(fù)載的噴涂機(jī)器人安裝位置確定裝置，包括：

第一確定模塊，用于根據(jù)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型和關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)角度范圍確定噴涂機(jī)器人的可達(dá)工作空間；

第二確定模塊，用于根據(jù)動(dòng)力學(xué)模型建立表征驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)負(fù)載大小的動(dòng)力學(xué)評價(jià)指標(biāo)；