本發(fā)明涉及機(jī)器人定距的表面跟隨噴漆方法。

背景技術(shù)：

隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，汽車產(chǎn)業(yè)變得越來越壯大，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車的自動(dòng)化噴漆，節(jié)省人力成本就變得尤為重要。自然而然地，噴漆機(jī)器人數(shù)量應(yīng)用數(shù)量大幅度增加，那么對(duì)于噴漆機(jī)器人的示教就成為了一個(gè)重要問題。目前，機(jī)器人的示教方式主要分為兩種：在線示教編程、離線編程。

目前，應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的噴漆機(jī)器人大多數(shù)為在線示教型。即示教員在噴漆機(jī)器人工作現(xiàn)場(chǎng)，由示教員操作機(jī)器人噴槍終端移動(dòng)到目標(biāo)位置，并將此時(shí)對(duì)應(yīng)位置的各關(guān)節(jié)角度信息記錄到計(jì)算機(jī)中。當(dāng)噴漆工作進(jìn)行時(shí)，機(jī)器人依順序復(fù)現(xiàn)剛才所記錄各關(guān)節(jié)角度信息，機(jī)器人即可重復(fù)示教時(shí)的軌跡完成噴漆工作。這種方法適用于大批量生產(chǎn)，但完成任務(wù)單一且對(duì)操作人員的經(jīng)驗(yàn)要求較高。在實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用中有著如下缺陷：1)很難規(guī)劃復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)軌跡以及準(zhǔn)確的跟隨工件表面的變化，且在整個(gè)示教過程中不易控制噴漆距離；2)示教質(zhì)量取決于編程員經(jīng)驗(yàn)，且步驟繁瑣復(fù)雜。

機(jī)器人離線編程是機(jī)器人編程語言的拓展，它利用圖像處理技術(shù)，建立機(jī)器人及其工作環(huán)境以及待噴工件的幾何模型，然后對(duì)機(jī)器人所需要完成任務(wù)軌跡的離線規(guī)劃和編程，并對(duì)最終的規(guī)劃結(jié)果進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真。最后將滿足條件的編程結(jié)果傳輸給機(jī)器人，使機(jī)器人完成噴漆任務(wù)。這種方法可規(guī)劃復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)軌跡，且若有精確地工件幾何模型就可以在噴漆過程中準(zhǔn)確的跟隨噴漆表面的變化。但在實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用中有著如下缺陷：1)需要機(jī)器人及工作環(huán)境的仿真模型。2)編程系統(tǒng)對(duì)操作人員要求較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有技術(shù)不易控制噴漆距離且步驟繁瑣復(fù)雜的問題，而提出的一種機(jī)器人定距的表面跟隨噴漆方法。

一種機(jī)器人定距的表面跟隨噴漆方法按以下步驟實(shí)現(xiàn)：

步驟一：操作員通過示教器移動(dòng)噴槍，標(biāo)定第一個(gè)著漆點(diǎn)；

步驟二：噴槍帶測(cè)距傳感器在第一個(gè)標(biāo)定點(diǎn)周圍分別進(jìn)行兩個(gè)方向的短距離移動(dòng)，測(cè)距傳感器傳回距離數(shù)據(jù)，在計(jì)算機(jī)中擬合兩條曲線l₁、l₂，得到兩曲線在標(biāo)定點(diǎn)對(duì)應(yīng)的方向向量和

步驟三：用外積法求出兩方向向量所在平面對(duì)應(yīng)的法向量

步驟四：延長(zhǎng)法向量得到噴槍噴嘴位置，計(jì)算機(jī)反解得到噴漆機(jī)器人各關(guān)節(jié)角度信息并存儲(chǔ)，作為第一個(gè)示教點(diǎn)的位姿信息；

步驟五：在方向向量和所在平面以第一個(gè)標(biāo)定點(diǎn)為原點(diǎn)做局部坐標(biāo)系；

步驟六：操作員在步驟五建立的局部坐標(biāo)系上平移噴槍，標(biāo)定下一個(gè)著漆點(diǎn)；

步驟七：重復(fù)步驟二至步驟六直至示教結(jié)束。

發(fā)明效果：

本發(fā)明運(yùn)用的噴漆示教方法旨在規(guī)避現(xiàn)有技術(shù)兩種方法的缺陷，將兩種方法的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合。在線示教的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)示教步驟及噴漆效果的優(yōu)化。本發(fā)明將示教操作從傳統(tǒng)的直接操作機(jī)器人、使著漆點(diǎn)到達(dá)期望位置，轉(zhuǎn)換為直接操作著漆點(diǎn)的位置變化、通過計(jì)算機(jī)反解運(yùn)算，得出噴漆機(jī)器人各關(guān)節(jié)角度數(shù)據(jù)，自動(dòng)控制噴漆距離和方向。生成機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)指令。簡(jiǎn)化繁瑣的操作步驟，且本方法直接在工件表面進(jìn)行工作，無需經(jīng)過復(fù)雜的圖像處理。

通過直接控制著漆點(diǎn)的位置而無需調(diào)整噴漆機(jī)器人姿態(tài)，本方法可以較大程度的降低示教員的工作量。且由于示教過程中的噴漆機(jī)器人位姿均由距離傳感器與計(jì)算機(jī)相互配合反解計(jì)算完成，故在噴漆過程中中可以對(duì)噴漆距離起到良好的控制。

附圖說明

圖1為本發(fā)明流程圖；

圖2為本發(fā)明方法示意圖；圖中“1”為操作員通過示教器移動(dòng)噴槍，標(biāo)定第一個(gè)著漆點(diǎn)(此時(shí)噴槍姿態(tài)為初始垂直向下狀態(tài))?！?”為噴槍帶測(cè)距傳感器在第一個(gè)標(biāo)定點(diǎn)周圍分別進(jìn)行兩個(gè)方向的短距離移動(dòng)，測(cè)距傳感器傳回距離數(shù)據(jù)，在計(jì)算機(jī)中擬合兩條曲線l₁、l₂，得到兩曲線在標(biāo)定點(diǎn)對(duì)應(yīng)的方向向量和通過計(jì)算機(jī)計(jì)算調(diào)整噴槍軌跡垂直于著漆點(diǎn)所在平面，并記錄位姿信息(此時(shí)噴槍姿態(tài)為垂直待噴平面狀態(tài))?！?”為操作員通過示教器移動(dòng)噴槍，標(biāo)定下一個(gè)著漆點(diǎn)(此時(shí)噴槍姿態(tài)不變，與2相同)。“4”為重復(fù)步驟2?！?”為重復(fù)上述步驟直到示教結(jié)束。

圖3為五自由度噴漆機(jī)器人示意圖；

圖4為實(shí)際云臺(tái)圖；

圖5為云臺(tái)示意圖。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：一種機(jī)器人定距的表面跟隨噴漆方法包括以下步驟：

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)著漆點(diǎn)的反解以及對(duì)噴漆距離的控制，將紅外測(cè)距傳感器安置在噴槍側(cè)端，為使測(cè)距傳感器的測(cè)距點(diǎn)與噴槍的著漆點(diǎn)重合，并在噴槍頭出額外放置一小型激光筆，方便操作人員觀察當(dāng)前噴槍所對(duì)應(yīng)著漆點(diǎn)的位置。其中方法流程圖如圖1所示，方法示意圖如圖2所示，圖2中箭頭代表噴槍姿態(tài)，相同顏色箭頭代表相同姿態(tài)噴槍。叉點(diǎn)代表著漆點(diǎn)，其附近短虛線代表短距移動(dòng)軌跡。連接兩叉點(diǎn)虛線為在平移噴槍過程中，測(cè)距傳感器在工件表面得到的曲線，可作為下一個(gè)標(biāo)定點(diǎn)兩方向向量其中之一，簡(jiǎn)化確定下一個(gè)標(biāo)定點(diǎn)法向量的步驟。

步驟一：操作員通過示教器移動(dòng)噴槍，標(biāo)定第一個(gè)著漆點(diǎn)(對(duì)于不同自由度、規(guī)格、類型的噴漆機(jī)器人著漆點(diǎn)求解方法不同)；

步驟二：噴槍帶測(cè)距傳感器在第一個(gè)標(biāo)定點(diǎn)周圍分別進(jìn)行兩個(gè)方向的短距離移動(dòng)，測(cè)距傳感器傳回距離數(shù)據(jù)，在計(jì)算機(jī)中擬合兩條曲線l₁、l₂，得到兩曲線在標(biāo)定點(diǎn)對(duì)應(yīng)的方向向量和

步驟三：用外積法求出兩方向向量所在平面對(duì)應(yīng)的法向量

步驟四：延長(zhǎng)法向量(延長(zhǎng)距離d即為噴漆距離)，得到噴槍噴嘴位置，計(jì)算機(jī)反解得到噴漆機(jī)器人各關(guān)節(jié)角度信息(對(duì)于不同自由度、規(guī)格、類型的噴漆機(jī)器人反解方法不同)并存儲(chǔ)，作為第一個(gè)示教點(diǎn)的位姿信息；

步驟五：在方向向量和所在平面以第一個(gè)標(biāo)定點(diǎn)為原點(diǎn)做局部坐標(biāo)系；

步驟六：操作員在步驟五建立的局部坐標(biāo)系上平移噴槍，標(biāo)定下一個(gè)著漆點(diǎn)；

步驟七：重復(fù)步驟二至步驟六直至示教結(jié)束。

具體實(shí)施方式二：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是：所述步驟一中第一個(gè)著漆點(diǎn)具體為P₁(x₁,y₁,z₁)。

其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一相同。

具體實(shí)施方式三：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一或二不同的是：所述步驟二中方向向量和具體為和

其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一或二相同。

具體實(shí)施方式四：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至三之一不同的是：所述步驟三中用外積法出兩方向向量所在平面對(duì)應(yīng)的法向量具體為：

其中：

其中為擬合曲線l₁在標(biāo)定點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的方向向量，為為擬合曲線l₂在標(biāo)定點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的方向向量；

則：

其中為單位向量；

得到：

其中所述擬合方向向量所在平面的法向量的求法。

其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一至三之一相同。

具體實(shí)施方式五：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至四之一不同的是：所述步驟四中延長(zhǎng)法向量得到噴槍噴嘴位置，計(jì)算機(jī)反解得到噴漆機(jī)器人各關(guān)節(jié)角度信息并存儲(chǔ)，作為第一個(gè)示教點(diǎn)的位姿信息具體過程為：

其中過點(diǎn)P₁，方向向量為的直線方程為：

噴槍頭距離著漆點(diǎn)距離為d時(shí)：

將公式(2)帶入公式(1)得噴槍頭坐標(biāo)：

其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一至四之一相同。

實(shí)施例一：

本方法適用于五、六或更多自由度的噴漆機(jī)器人，只要有明確的著漆點(diǎn)坐標(biāo)和機(jī)器人位姿轉(zhuǎn)換公式即可實(shí)施本方法。

在此特提供一種框架式五自由度機(jī)器人的實(shí)施例。其中云臺(tái)有兩個(gè)自由度(x,y)。如圖3為噴漆機(jī)器人的整體，圖4為云臺(tái)，圖5為云臺(tái)示意圖。噴槍有三個(gè)自由度(z,θ₁,θ₂)，在云臺(tái)的第一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸，可圍繞z軸旋轉(zhuǎn)360度，我們定義圖中云臺(tái)的第一個(gè)電機(jī)角度為0度，第二個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸可圍繞中心點(diǎn)旋轉(zhuǎn)180度。云臺(tái)可假設(shè)為一一般三角形其中AB邊145mm，BC邊185mm，AC邊145mm，∠A＝0.3526rad，∠B＝0.7970rad，∠C＝1.9920rad。設(shè)噴漆距離d＝180mm。

步驟1：操作員通過示教器移動(dòng)噴槍，標(biāo)定第一個(gè)著漆點(diǎn)P₁(x₁,y₁,z₁)，此時(shí)五自由度機(jī)器人位姿(x,y,z,θ₁,θ₂)。

步驟2：噴槍帶測(cè)距傳感器在第一個(gè)標(biāo)定點(diǎn)周圍分別進(jìn)行兩個(gè)方向的短距離移動(dòng)，測(cè)距傳感器傳回距離數(shù)據(jù)，在計(jì)算機(jī)中擬合兩條曲線l₁、l₂，得到兩曲線在標(biāo)定點(diǎn)對(duì)應(yīng)的方向向量和

通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式得

步驟3：延長(zhǎng)法向量(延長(zhǎng)距離d即為噴漆距離)，得到噴槍噴嘴位置，計(jì)算機(jī)反解得噴漆機(jī)器人各關(guān)節(jié)角度信息(對(duì)于不同自由度、規(guī)格、類型的噴漆機(jī)器人反解方法不同)，存儲(chǔ)，作為第一個(gè)示教點(diǎn)的位姿信息。(噴槍頭坐標(biāo)求法見發(fā)明內(nèi)容步驟3在此不給出)

由法向量得機(jī)器人位姿θ₁、θ₂。

由步驟2坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式反解得

步驟4：延長(zhǎng)法向量得到噴槍噴嘴位置，計(jì)算機(jī)反解得到噴漆機(jī)器人各關(guān)節(jié)角度信息并存儲(chǔ)，作為第一個(gè)示教點(diǎn)的位姿信息；

步驟5：在方向向量和所在平面以第一個(gè)標(biāo)定點(diǎn)為原點(diǎn)做局部坐標(biāo)系；

步驟6：操作員在步驟五建立的局部坐標(biāo)系上平移噴槍，標(biāo)定下一個(gè)著漆點(diǎn)；

步驟7：重復(fù)步驟二至步驟六直至示教結(jié)束。