一種機器人自動噴涂系統的控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及工業機器人噴涂加工技術領域，具體的說是一種機器人自動噴涂系統的控制方法。
【背景技術】
[0002]工業噴涂生產領域的競爭正變得日趨激烈，對自動化水平，優化程度和油漆的質量需求日益提高。引入工業機器人噴涂系統將更加的環保節能、健康、安全，并將大幅降低成本。機器人路徑對噴涂厚度的均勻性起決定性作用，而噴涂厚度的均勻性又強烈影響其產品的質量。
[0003]機器人噴涂路徑的生成方式一般是調試人員根據待噴工件的3D圖及現場多次示教編程后才能完成。此方法操作復雜，對操作者有較高專業技能要求同時柔性化較差，工件更換后要求重新編制新的一套軌跡程序，操作極其繁瑣，耗時較長，使得噴涂加工的效率較低，影響到產品的生產效率。且傳統示教編程下，需要保證不同工件每次擺放的位置姿態必須一致，因此針對不同的工件需要設計和制造專用的工裝夾具完成對其的嚴格定位，工裝夾具定位不準確嚴重會影響噴涂的質量。
【發明內容】
[0004]為了解決上述技術問題，本發明提供一種機器人自動噴涂系統的控制方法，可實現不同工件噴涂軌跡自動生成，從而降低用戶的操作難度，且不需要額外的工裝夾具，降低系統設計復雜性和使用維護成本。
[0005]本發明解決其技術問題采用以下技術方案來實現:
[0006]一種機器人自動噴涂系統的控制方法，包括以下步驟:
[0007](I)獲取待噴涂工件特征數據:利用視覺系統掃描固定式或移動式的待噴涂工件，得到待噴涂工件數據以獲取噴涂物的容貌特征，數據可以實時顯示并傳輸至集成計算機處理，所述集成計算機內集成有用于對掃描數據處理并生成機器人噴涂的最優路徑的圖像處理系統和模擬機器人進行噴涂加工的仿真系統，本發明的數據具有實時性，即得到待噴涂工件數據后立刻傳輸給集成計算機，以確保集成計算機的快速反映并有助于噴涂軌跡的快速生成；
[0008](2)圖像處理系統處理所獲取數據:圖像處理系統接收來自視覺系統數據后，模擬人類視覺和推理首先刪除多余信息，然后提取出待噴涂工件的實體數據組成了待噴涂工件的幾何圖形，這些特征將被檢測和發送至軌跡映射模塊中，由自動軌跡生成器進行軌跡自動生成處理；本發明的圖像處理系統利用圖像分割從不同的視覺設備中進行圖像的合成工作，同時可以處理不同的待噴涂工件，該待噴涂工件以任意的位置和方向進行掃描后都可以進行處理，能夠實現坐標系的實時跟蹤，從而解決待噴涂工件為移動狀態時的掃描問題。
[0009](3)軌跡自動生成:由自動軌跡生成器生成機器人的噴涂程序，目標是為一個任何形狀和尺寸的待噴涂工件找到一個最理想的自動噴涂軌跡，自動軌跡生成器集成了圖形理論分析、路徑優化算法、生成機器人運動軌跡，軟件內部仿形系統作為一個數字化的功能，目的是實現恒定噴涂速度和高平滑性，自動軌跡生成器內置有基于特定行業噴涂經驗的噴涂工藝專家系統，包含了基于大量的工件噴涂經驗的數據積累以形成的具有最優的軌跡、參數的噴涂工藝，從而可針對不同的待噴涂工件制定最優的軌跡和參數，保證了噴涂加工的順利進行；
[0010](4)仿真:軌跡自動生成后由仿真系統模擬機器人去完成設定好的噴涂任務，從而對運動路徑和軌跡的優化進行模擬仿真，機器人的關鍵概念例如正運動學、逆運動學、均可仿真實現，用于檢測并解決碰撞、奇異點、關節速度極限和關節位置極限等問題；仿真中采用不同的顏色變化突出顯示應用于該對象的整個表面的噴涂量。而且，用戶可以顯示所有機器人本體上的連桿的位置、速度以及加速度；
[0011](5)操控用戶界面:步驟(4)完成后，操作者操作用戶界面實現噴涂，用戶界面主要是為操作者操作機器人提供簡易而方便的操作，可以選擇語言、各類參數、統計、遠程協助的功能；
[0012](6)確定噴涂參數:機器人噴涂軌跡完成了噴涂的基本走向，為確保質量系統提供各類噴涂的參數調整功能，平面和邊緣通用參數提供了偏移、開槍、關槍距離、軌跡過渡的參數，對于工件邊緣的參數有Y角、偏移深度、連續移動角度、邊選擇的參數；對于平板的參數有運動方向、Y角度、Y角擺動、Z角度、Z角擺動、并行軌跡間隔、并行軌跡偏移、工件噴涂次數的參數；對于線參數有Y角度、Z角度、頂點偏移、頂點修正、角通過速度、面板框架的參數。
[0013](7)噴涂加工:機器人噴涂系統根據確定好的仿形軌跡、結合供漆系統、噴涂工藝要求，對各種待噴涂工件進行噴涂，噴涂時利用機器人噴涂系統中的機器人本體下方安裝的旋轉底座完成自動抓取待噴涂工件和快速更換已噴涂工件，也可以采用其他的輸送和上下料方式完成工件的更換。
[0014]所述視覺系統采用光柵、激光傳感器實現對待噴涂工件的掃描。
[0015]所述圖像處理系統包括對待噴涂工件圖像信息的搜索和分析，并利用圖像分割對不同的圖像進行合成工作，所述待噴涂工件圖像為2D或3D的形式。
[0016]本發明采用的機器人噴涂系統集機器人本體、機器人控制器和供漆系統于一體，機器人本體的下部安裝的旋轉底座可以自動抓取待噴涂工件和快速更換已噴涂工件，極大的提高了工件的裝件和更換效率，自動化程度高，取代了傳統的人工裝件方式，安全系數尚O
[0017]所述機器人本體、供漆系統、旋轉底座均與機器人控制器相連，所述機器人控制器與集成計算機相連，從而利用集成計算機將指令輸送給機器人控制器，以控制機器人本體、供漆系統、旋轉底座執行相應的噴涂操作。
[0018]自動軌跡生成器的工作過程如下:
[0019](a)噴涂工藝專家系統的形成:基于長期的噴涂項目經驗和數據形成了一套噴涂工藝專家系統，并將噴涂工藝專家系統集成在計算機上；
[0020](b)工件圖像數據輸入:獲得工件的圖像數據傳輸給噴涂工藝專家系統；
[0021](c)軌跡自動生成:生成機器人的噴涂程序，不需要進行點對點的噴涂程序的編程而自動生成了噴涂軌跡程序；
[0022](d)參數設定:軌跡自動生成后，噴涂工藝專家系統對噴涂路徑上的每個點提供了如下參數:速度、手腕的旋轉值、噴槍的開啟和關閉、噴涂距離、噴槍的幅度范圍、涂料的流量和顏色，軌跡的速度會被規劃成勻速運動以獲得最好的噴涂品質；
[0023](e)樣條算法實現恒定速度和高平滑性:在步驟(d)完成后，操作者操作用戶界面實現噴涂控制，利用樣條算法基于三維傳感器獲取的工件坐標點信息，以在機器人的笛卡爾空間的正確的高度和走向上插入每個軌跡點，通過分析臨近的點可以完成樣條計算，使得機器人在臨近點之間的速度和加速度保持連續，會通過臨近點對機器人軌跡進行分析，使得機器人的運動盡可能的平順；
[0024](f)機器人控制器通過對樣條進行運動學解算，形成最終軌跡:根據步驟(e)中在笛卡爾空間通過樣條算法得到的機器人軌跡點，由機器人控制器進行運動學解算，得到對應關節伺服電機的角度數據，同時對數據進行進一步離散化，得到伺服電機位置回路指令。在固定的采樣周期內通過相應的控制算法，得到伺服電機速度指令、電流指令。通過安裝在電機端(或關節輸出端)的編碼器完成對伺服電機位置值和速度值的實時反饋，從而完成對伺服電機的位置回路，速度回路和電流回路的實時閉環控制。使得機器人按預定的軌跡進行運動。
[0025]在步驟(e)中樣條算法要求基于三維傳感器獲取的工件坐標點信息，以在正確的高度和走向上插入每個軌跡點，通過分析臨近的點可以完成以上的計算，作為一個數字化的功能，實現恒定噴涂速度和高平滑性。
[0026]所述步驟(e)中的噴槍必須垂直于工件表面。
[0027]當工件表面光滑或表面為黑色，采用濾波器進行減少或者忽略干擾處理。當工件表面光滑或表面為黑色，三維掃描結果受噪音影響，使得獲取的數據出現很多錯誤，比如高度的變化檢測和工件邊緣的變形等，會導致機器人的運行出現波動，因此特采用濾波器進行減少或者忽略干擾處理，以使得工件的表面盡可能的光滑。
[0028]在工件擺放位置偏差、不同種類工件混放等情況下都能自動生成噴涂軌跡，極大的提高了加工效率。
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