智能汽车喷漆烤漆一体化机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种智能汽车喷漆烤漆一体化机器人，包括主控工作站、激光扫描单元、CCD图像采集处理单元、排风除尘恒温系统单元、喷漆机械手单元、喷漆自主移动小车单元、烤漆机械手单元、烤漆自主移动小车单元、无线网络、电源供电系统单元。自主移动小车的滚轮在圆周轨道上移动，采用移动双机械手协同的喷漆烤漆方法，采用有轨供电模式、无线网络通信模式实现了“无人、无缆、无线”的喷烤漆智能技术；融合了激光扫描技术和图形图像建模技术，将汽车修理数字化；进行局部喷漆、局部烘烤，大大提高了维修效率，节约了人力成本，降低了漆雾对人身体的伤害，真正意义的实现了局部汽车修理的智能无人喷漆烤漆一体化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种通过三维激光扫描技术和图像处理识别技术进行汽车维修部位计算机数字化精确建模和匹配，通过对汽车局部维修部位三维矢量数据分析和边界轨迹规划，通过两个分布在同一轨道上的自主移动机械手进行喷漆、烤漆一体化的汽车局部钣金喷漆烤漆技术，尤其涉及一种智能汽车喷漆烤漆一体化机器人。
技术介绍
汽车行业是我国重要的支柱产业，特别是进入21世纪，我国已经成为世界汽车生产及消费大国。据中国汽车行业市场调查报告显示，2001年中国汽车的产销量仅为200余万辆，但在2006年产销量已双双突破700万辆，工信部发布2014年全年汽车工业经济运行情况，数据显示，2014年我国累计销售汽车2349.19万辆，同比增长6.9％，产销量保持世界第一。2011年8月末，我国汽车保有量首次突破1亿辆，预计到2020 年，我国汽车保有量将突破2亿辆。汽车业的繁荣发展是和近现代科学技术进步密不可分的。随着科学技术的进步，机器人技术的发展，在汽车生产领域通过机械手进行整车喷漆的生产线已经很成熟，如奔驰、宝马、奥迪等大部分汽车生产厂商采用的ABB公司生产的喷漆机器人进行整车和批量汽车部件的流水线喷涂。喷涂机器人相对于其他喷漆方法来说有如下优点：第一，喷涂机器人不受车间有毒气体的影响，因此可以在各种的生产条件下工作；第二，机器人进行示教后有较高的重复定位精度，可以不厌其烦的进行相同的动作，因此喷漆后的质量比较稳定可靠，可以具有较为均匀的漆膜厚度和光泽度；第三，通过机器人示教可以得到不同工件的喷漆程序，喷漆机器人可以应用于各种喷漆领域，因此，尤其是在汽车制造业中喷漆机器人发挥着无可替代的作用；第四，喷漆机器人可以替代人工，大大提高喷涂效率，节约大量人力成本。目前国外机器人喷涂技术已经趋近成熟并处于应用阶段，以前的自动喷漆生产线为了快速适用市场变化都转化为以喷涂机器人为主体的喷漆生产线。国外生产喷涂机器人的公司主要有：ABB、FANUC、YASKAWA、KAWASAKI等。以上公司生产的喷涂机器人在国内应用很广，大部分使用在线示教的编程方式。不需要实时对整车进行环境感知和建模，整个机械手运行轨迹通过在线试教的方式进行重复性的程序化流水线作业，而且所喷涂的对象大部分为整车或批量汽车部件的喷涂。我国的喷漆机器人在工业应用方面跟国外的水平差距还很大，主要差距表现在产品性能、技术水平、质量、新产品开发等。北京机械工业自动化研究所在1991年研发出我国第一条机器人自动喷涂生产线，并成功的将该喷漆生产线应用在东风系列驾驶室，随后北京机械工业自动化研究所有先后研发出了PJ系列电液伺服喷涂机器人和EP系列电动喷漆机器人。随后有很多大学都开发了各自的喷涂机器人样机，但是大部分没有应用于工业生产中，例如哈尔滨工业大学、上海交通大学等。因此，我国的喷涂机器人处在初步阶段，许多关键问题和技术需要逐步去解决和完善。目前示教在线编程是机器人编程技术的主要方法，而喷涂机器人对于离线编程技术的研究，大部分利用国外的技术对喷枪路径规划技术进行研究以及对喷枪建模建立的研究。湖北汽车学院结合东风汽车公司的喷涂生产线研究了机器人控制系统及涂装线上零件的识别技术，对于喷漆机器人与自动化的喷涂生产线研究来说，机械工业自动化研究所在这方面进行了深刻的研究并取得了一定的成果。但是在中国关于喷涂机器人适应小批量生产和柔性制造方面研究尚处于起步阶段。汽车产业的发展带来了汽车维修维护产业的繁荣，全国的4S店雨后春笋般的发展，主要为后期的汽车维护保养维修提供保障，同时各种私营的规模较小的汽车修理店面也占有较大的市场，由于4S店的维护成本较高，使得保修期过后的车主渐渐的离开4S店保养维修车辆，选择成本较低，服务较好，有一定质量保证的汽修门店进行维护保养和维修。汽车维护修理除了机修、保养、装饰美容外，汽车剐蹭导致的钣金喷漆的修理在汽车修理中占有很大比重，这种局部钣金喷漆修理和汽车生产厂家的喷漆有着不同的处理方式，汽车生产厂家的钣金喷漆属于整车喷漆，属于流水线作业，可以通过机械手等自动化生产线进行快速批量处理，而且每种型号的汽车采用同一种喷漆烤漆处理程序，这种喷漆烤漆处理程序可以通过机械手的精确喷漆轨迹保证喷漆效果非常好，但是在我们日常的钣金喷漆维修过程中，无论是大品牌的4S店还是较小的汽车修理门店均是采用人工进行喷漆，烤漆可以通过专用的烤漆房对已经喷漆后的汽车进行专门烘烤。这种通过人工喷漆进行钣金修理的方法主要是由于大部分车辆是局部剐蹭，进行的是局部修理，因此目前还没有自动化的修理方案。本专利技术专利是依据以下背景需求提出的。第一，本专利技术专利提出的是基于汽车局部钣金喷漆烤漆一体化的需求提出的，与现有汽车生产厂家的整车喷漆和烤漆有着较大的不同，整车只需要在流水线上机械手按照预订的程序对同一型号的汽车部件进行喷涂，不用对汽车的局部部位进行识别。而且这种局部喷涂在汽车出厂后的后期维护中占有很大的比例。 第二，人工作业对汽车表面进行喷涂，在工人进行喷涂过程时，会产生大量漆雾造成环境污染、危害身体健康的有害气体例如苯、胺类、醛类等，对现场喷涂工人的健康及情绪都有很大的影响，因此工人的喷涂水平、劳动情绪等因素对产品的喷涂质量影响较大。这种对人身体有较大危害的维修方式促使我们提出一种局部喷漆机器人的研发。第三，随着我国人口逐渐进入老龄化社会，用工成本逐渐增加，尤其是具有较高水平的汽车修理服务业方面的技师越来越稀缺，而且人工成本将逐年激增，汽车钣金喷漆维修方面急需要通过机器人进行汽车喷漆。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够通过三维激光扫描技术和图像处理识别技术进行汽车维修部位计算机数字化精确建模和匹配，通过对汽车局部维修部位三维矢量数据分析和边界轨迹规划，两个分布在同一轨道上的自主移动机械手进行汽车局部钣金喷漆烤漆一体化的智能汽车喷漆烤漆一体化机器人。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。本专利技术的智能汽车喷漆烤漆一体化机器人，包括：主控工作站、激光扫描单元、CCD图像采集处理单元、排风除尘恒温系统单元、喷漆机械手单元、喷漆自主移动小车单元、烤漆机械手单元、烤漆自主移动小车单元、无线网络、电源供电系统单元。所述主控工作站包括：工作站计算机20、控制台21、控制室23、控制箱16、人员操作椅22、控制室门24；所述的工作站计算机20内部包括：视觉激光辅助处理平台、触摸屏、遥操作台、图传接收模块、数传接收模块、无线网卡、机械手轨迹规划处理算法。所述激光扫描单元包括：二维激光扫描仪28、扫描仪云台29、扫描仪摄像机行走轨道12、无线数据发射模块，其中二维激光扫描仪28固定在扫描仪云台29上，通过带电机的滚轮在扫描仪摄像机行走轨道12上移动，通过无线数据发射模块将扫描仪采集的数据发送到主控工作站。所述的CCD图像采集处理单元包括：CCD像机15、CCD像机云台14、扫描仪摄像机行走轨道12、无线数据发射模块构成，其中CCD像机15固定在CCD像机云台14上，通过带电机的滚轮在扫描仪摄像机行走轨道12上移动，通过无线数据发射模块将扫描仪采集的数据发送到主控工作站。所述的排风除尘恒温系统单元包括：离心风机18、通风管道17、进风管道19、出风口13、高压空气腔体26、高密度过滤丝棉25、照明烤灯27；离心风机18本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种智能汽车喷漆烤漆一体化机器人，其特征在于包括主控工作站、激光扫描单元、CCD图像采集处理单元、排风除尘恒温系统单元、喷漆机械手单元、喷漆自主移动小车单元、烤漆机械手单元、烤漆自主移动小车单元、无线网落、电源供电系统单元构成；所述的主控工作站与其他各部分单元无线通信；所述的激光扫描单元包括二维激光扫描仪、二自由度云台、轨道滑行机构、无线数据发射模块；二维激光扫描仪固定在二自由度云台上，能够通过发射的激光面探测汽车的模型数据，二自由度云台能够在实现旋转和摆动，保证激光扫描仪对汽车扫描的初始位置调整，轨道滑行机构使得云台能够沿喷烤漆房的顶部布置的轨道上自由滑动，同时具有自锁功能，云台具有增稳功能，无线数据发射模块将采集的激光扫描数据发送到主控工作站，进行后期的汽车三维模型构建；所述的CCD图像采集处理单元包括CCD相机、二自由度云台、轨道滑行机构、无线数据发射模块，CCD相机固定在二自由度云台上，能够通过CCD探测汽车的图像数据，二自由度云台能够在实现旋转和摆动，保证CCD对汽车拍摄图像的初始位置调整，轨道滑行机构使得云台能够沿喷烤漆房的顶部布置的轨道上自由滑动，同时具有自锁功能，云台具有增稳功能，无线数据发射模块将采集的CCD采集的图像数据发送到主控工作站，进行后期的汽车图像处理；所述的喷漆机械手单元包括漆料盒、喷枪、底盘、腰关节、臂关节、腕关节，其中喷枪送料管处通过电磁阀控制喷枪的关断，漆料盒通过密封的输料管与喷枪料口连接，安装在喷漆自主移动小车内部有气泵，从而给喷枪提供高压空气；所述的喷漆自主移动小车单元包括轨道驱动轮、轨道万向轮、左侧万向支撑轮、右侧万向支撑轮构成的单驱动四轮小车，驱动电机输出轴通过蜗轮蜗杆自锁机构实现轨道驱动轮在轨道上的转动，从而载着机械手在沿轨道自由滑动，车轮在固定的轨道上行走，由于采用能自锁的蜗轮蜗杆副传动和有保持转矩的步进电机，不需外加的固定装置；所述的烤漆机械手单元及烤漆自主移动小车单元和喷漆机械手单元及喷漆自主移动小车单元相似，唯一不同的地方是喷漆机械手单元前部安装的是喷枪，而烤漆机械手单元前部安装的是高功率电动烤灯。...

【技术特征摘要】
1.一种智能汽车喷漆烤漆一体化机器人，其特征在于包括主控工作站、激光扫描单元、CCD图像采集处理单元、排风除尘恒温系统单元、喷漆机械手单元、喷漆自主移动小车单元、烤漆机械手单元、烤漆自主移动小车单元、无线网落、电源供电系统单元构成；所述的主控工作站与其他各部分单元无线通信；所述的激光扫描单元包括二维激光扫描仪、二自由度云台、轨道滑行机构、无线数据发射模块；二维激光扫描仪固定在二自由度云台上，能够通过发射的激光面探测汽车的模型数据，二自由度云台能够在实现旋转和摆动，保证激光扫描仪对汽车扫描的初始位置调整，轨道滑行机构使得云台能够沿喷烤漆房的顶部布置的轨道上自由滑动，同时具有自锁功能，云台具有增稳功能，无线数据发射模块将采集的激光扫描数据发送到主控工作站，进行后期的汽车三维模型构建；所述的CCD图像采集处理单元包括CCD相机、二自由度云台、轨道滑行机构、无线数据发射模块，CCD相机固定在二自由度云台上，能够通过CCD探测汽车的图像数据，二自由度云台能够在实现旋转和摆动，保证CCD对汽车拍摄图像的初始位置调整，轨道滑行机构使得云台能够沿喷烤漆房的顶部布置的轨道上自由滑动，同时具有自锁功能，云台具有增稳功能，无线数据发射模块将采集的CCD采集的图像数据发送到主控工作站，进行后期的汽车图像处理；所述的喷漆机械手单元包括漆料盒、喷枪、底盘、腰关节、臂关节、腕关节，其中喷枪送料管处通过电磁阀控制喷枪的关断，漆料盒通过密封的输料管与喷枪料口连接，安装在喷漆自主移动小车内部有气泵，从而给喷枪提供高压空气；所述的喷漆自主移动小车单元包括轨道驱动轮、轨道万向轮、左侧万向支撑轮、右...

【专利技术属性】
技术研发人员：何守印，张立燕，
申请(专利权)人：何守印，
类型：发明
国别省市：北京;11