一种折弯类钣金零件机器人喷涂路径规划方法技术

本发明专利技术涉及一种折弯类钣金零件机器人喷涂路径规划方法，包括以下步骤：1)采用关系二叉树法将待喷涂的折弯类钣金零件分为多个面片并对面片进行排序编号，确定喷涂主方向以及各面片内的喷涂方向；2)考虑面片内的喷涂方向与面片间的过渡形式，完成每个面片沿面片内喷涂方向往复的S型路径规划，并对每个面片进行四角编码；3)并采用改进的模拟退火算法，完成多面片间路径组合优化，获得最终的最优规划路径。与现有技术相比，本发明专利技术具有快速分组编号、计算简单、提高效率、应用领域广等优点。

A Robot Spraying Path Planning Method for Bending Sheet Metal Parts

The invention relates to a robot spraying path planning method for bending sheet metal parts, which includes the following steps: 1) dividing the bending sheet metal parts to be sprayed into multiple facets by using the relational binary tree method, and sequencing and numbering the facets to determine the main direction of spraying and the spraying direction in the facets; 2) considering the transition form between the spraying direction and the facets in the facets, completing each facet. S-type path planning along the direction of intra-patch spraying is carried out, and each patch is quadrangularly coded. 3) An improved simulated annealing algorithm is used to optimize the path combination between multi-patches, and the final optimal path is obtained. Compared with the prior art, the invention has the advantages of fast grouping number, simple calculation, high efficiency and wide application field.

【技术实现步骤摘要】
一种折弯类钣金零件机器人喷涂路径规划方法
本专利技术涉及机器人自动喷涂
，尤其是涉及一种折弯类钣金零件机器人喷涂路径规划方法。
技术介绍
喷涂机器人在自动喷涂生产线中占有重要的地位，机器人自动喷涂技术，在保证喷涂质量的同时，提高了机器人喷涂效率。机器人喷涂技术广泛应用于汽车，家私、塑胶、军工和船舶产品中。机器人喷涂技术降低了涂料的消耗量，提升了工厂的经济效益，并有效减少了污染物的产生。喷涂成品表面的光整度取决于涂层厚度的均匀性，涂层过厚容易产生流挂、起皱、开裂等缺陷，涂层太薄容易出现粗糙、失光、露底等缺陷。涂层厚度取决于喷头的稳定喷射速度以及喷涂路径的合理规划，优化喷涂层层厚均匀性，减少浪费与工艺缺陷，不仅可提高产品合格率，还可节约涂料，有利于环境保护。机器人自动喷涂路径规划方法主要包括以下几步：确定喷涂零件类型，进行喷涂零件表面分区，均匀喷涂零件涂层厚度，规划与优化机器人喷涂轨迹。机器人自动喷涂可用于具有平面或直纹曲面组成的折弯类钣金零件；喷涂零件分区是根据喷涂零件的表面形状特征，分解为简单形状的矩形面或圆柱面；规划与优化机器人喷涂轨迹，主要是保证零件的涂层厚度在公差范围内，合理设置喷头喷射效率与移动速度；选择最优路径以实现高效喷涂。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种折弯类钣金零件机器人喷涂路径规划方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种折弯类钣金零件机器人喷涂路径规划方法，包括以下步骤：1)采用关系二叉树法将待喷涂的折弯类钣金零件分为多个面片并对面片进行排序编号，确定喷涂主方向以及各面片内的喷涂方向；2)考虑面片内的喷涂方向与面片间的过渡形式，完成每个面片沿面片内喷涂方向往复的S型路径规划，并对每个面片进行四角编码；3)并采用改进的模拟退火算法，完成多面片间路径组合优化，获得最终的最优规划路径。所述的步骤1)具体包括以下步骤：11)根据折弯类板金表面的特点，将待喷涂的折弯类钣金零件表面分为多个平面面片和直纹面片；12)将面积最大的面片作为喷涂主面片，并且确定喷涂主面片的长边方向为喷涂主方向；13)采用关系二叉树法建立喷涂主面片与其它喷涂面片之间的关系和排序编号；14)根据沿较长边为喷涂方向的原则，若与喷涂主面片相邻的面片最长边与喷涂主方向一致，则此面片喷涂方向与喷涂主方向平行，否则喷涂方向与喷涂主方向垂直。所述的步骤2)具体包括以下步骤：21)确定喷涂面片与相邻面片边界处的过渡形式，包括双边过渡和单边过渡，当喷涂面片沿喷涂方向只有一个相邻面时，则为单边过渡，当喷涂面片沿喷涂方向有两个相邻面时，则为双边过渡；22)由喷涂面片的过渡形式确定喷涂面片内的喷涂行数，并根据喷涂行数调整喷涂行间距和涂层厚度；23)分别对每个面片进行四角标号，将其四角按左上、右上、左下、右下的顺序分别标号为“0、1、2、3”，并且对编号后的片内路径进行编码，具体为：当面片内的喷涂路径为偶数行时，此面片路径编码集合为{[0132],[1023],[2310],[3201]}，当面片内的喷涂路径为奇数行时，此面片路径编码集合为{[0123],[1032],[2301],[3210]}，其中，每个编码的首位为面片内喷涂路径的起点编号，每个编码的末位为面片内喷涂路径的终点编号；24)根据喷涂行数和路径编码确定片内喷涂的起点和终点的组合形式，具体为：当面片内喷涂行数为偶数行时，面片内喷涂路径的起点和终点有0进2出、1进3出、2进0出和3进1出四种方式；当面片内喷涂行数为奇数行时，则面片内喷涂路径的起点和终点有0进3出、1进2出、2进1出和3进0出四种方式。所述的步骤22)中，喷涂行数n的具体计算式为：n＝int(L/(2R-d))其中，L为面片宽度，R为喷涂半径，即喷涂最远位置距中心的距离，d为相邻两条喷涂路径重叠距离，v为喷枪喷涂速度，A为系数，k为涂料厚度最大允许误差，Ha为涂层厚度标准值；调整后的喷涂行间距DD′的计算式为：DD′＝2R-d+(L-n*int(L/(2R-d)))/n；调整后的最大涂层厚度H’max为：调整后的最小涂层厚度H’min为：所述的步骤3)中：根据路径编码集合，采用改进的模拟退火算法，进行多面片间路径组合优化，最终获取喷涂路径总路程最短的喷涂路径，具体为：31)确定喷涂路径总路程的目标函数为：其中，j为面片路径编码集合中的一种路径编码形式，i为面片编号，m为面片总数，Lij为面片内的编码路径路程；32)通过模拟退火算法获取最优路径：321)随机产生一个初始解path，将其作为当前步骤的最优路径，计算目标函数值e0，并设置初始温度t0、终止温度istd、降温系数lam和温度更新函数tk＝lam*tk-1，并令k＝1，获取面片各点间的距离fare；322)对当前步骤k的最优路径作随机变动，产生一个新路径newpath，计算新路径的目标函数值e1和目标函数值的增量Δe＝e1-e0，根据Metropolis准则，若增量Δe＜0，则接受新产生的路径newpath作为当前最优路径，若Δe≥0，则随机产生一个在[0,1]之间的随机数rand，当exp[-(e1-e0)/tk]大于rand值时，采用新路径newpath代替当前路径，否则不替代；323)重复步骤322)，针对每次循环获得的最优路径，进行比较，获取全局最短路径。所述的步骤3)中，优化面片间路径组合的条件为：在相邻喷涂面片边界连接处，优先选择平行-平行连接形式，其次选择平行-垂直连接形式，最后选择垂直-垂直连接形式。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：一、快速分组编号：本专利技术根据折弯类板金喷涂零件表面的特点，实现在快速有效的面片分组，利用关系二叉树方法对面片进行了排序编号，考虑面片内喷涂方向与面片间过渡形式，实现钣金零件片内路径规划。二、计算简单、提高效率：利用四角编码方法简化了面片内喷涂路径的表达，结合模拟退火算法实现了折弯类钣金零件喷涂路径的规划，本专利技术中所述的喷涂路径规划方法，可以在保证涂层厚度的前提下以最短的路径完成喷涂作业，提高喷涂效率。三、应用领域广：本专利技术除可用于机器人喷涂领域，还可结合实际情况扩展到自动化生产线中其他领域的路径优化。附图说明图1为本专利技术的方法流程图。图2为折弯钣金喷涂样件。图3为折弯类钣金喷涂件面片分组流程图。图4为喷涂面片关系二叉树流程图。图5为折弯钣金喷涂样件面片关系二叉树、面片分组及排序编号，其中，图(5a)为折弯钣金喷涂样件面片关系二叉树，图(5b)为面片分组及排序编号图。图6为折弯钣金喷涂样件面片内喷涂方向及路径。图7为喷涂路径示意图，其中，图(7a)为奇数行喷涂路径，面片内喷涂路径从0处开始，在2处结束；图(7b)为偶数行喷涂路径，面片内的喷涂路径从0处开始，在3处结束。图8为模拟退火算法程序流程图。图9为折弯钣金喷涂样件最优喷涂路径。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。如图1所示，本实施例提供某折弯钣金零件机器人喷涂路径规划方法，包括以下步骤：1)采用关系二叉树方法，实现钣金零件面片分组和排序编号，采用关系二叉树方法，实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种折弯类钣金零件机器人喷涂路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：1)采用关系二叉树法将待喷涂的折弯类钣金零件分为多个面片并对面片进行排序编号，确定喷涂主方向以及各面片内的喷涂方向；2)考虑面片内的喷涂方向与面片间的过渡形式，完成每个面片沿面片内喷涂方向往复的S型路径规划，并对每个面片进行四角编码；3)并采用改进的模拟退火算法，完成多面片间路径组合优化，获得最终的最优规划路径。

【技术特征摘要】
1.一种折弯类钣金零件机器人喷涂路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：1)采用关系二叉树法将待喷涂的折弯类钣金零件分为多个面片并对面片进行排序编号，确定喷涂主方向以及各面片内的喷涂方向；2)考虑面片内的喷涂方向与面片间的过渡形式，完成每个面片沿面片内喷涂方向往复的S型路径规划，并对每个面片进行四角编码；3)并采用改进的模拟退火算法，完成多面片间路径组合优化，获得最终的最优规划路径。2.根据权利要求1所述的一种折弯类钣金零件机器人喷涂路径规划方法，其特征在于，所述的步骤1)具体包括以下步骤：11)根据折弯类板金表面的特点，将待喷涂的折弯类钣金零件表面分为多个平面面片和直纹面片；12)将面积最大的面片作为喷涂主面片，并且确定喷涂主面片的长边方向为喷涂主方向；13)采用关系二叉树法建立喷涂主面片与其它喷涂面片之间的关系和排序编号；14)根据沿较长边为喷涂方向的原则，若与喷涂主面片相邻的面片最长边与喷涂主方向一致，则此面片喷涂方向与喷涂主方向平行，否则喷涂方向与喷涂主方向垂直。3.根据权利要求1所述的一种折弯类钣金零件机器人喷涂路径规划方法，其特征在于，所述的步骤2)具体包括以下步骤：21)确定喷涂面片与相邻面片边界处的过渡形式，包括双边过渡和单边过渡，当喷涂面片沿喷涂方向只有一个相邻面时，则为单边过渡，当喷涂面片沿喷涂方向有两个相邻面时，则为双边过渡；22)由喷涂面片的过渡形式确定喷涂面片内的喷涂行数，并根据喷涂行数调整喷涂行间距和涂层厚度；23)分别对每个面片进行四角标号，将其四角按左上、右上、左下、右下的顺序分别标号为“0、1、2、3”，并且对编号后的片内路径进行编码，具体为：当面片内的喷涂路径为偶数行时，此面片路径编码集合为{[0132],[1023],[2310],[3201]}，当面片内的喷涂路径为奇数行时，此面片路径编码集合为{[0123],[1032],[2301],[3210]}，其中，每个编码的首位为面片内喷涂路径的起点编号，每个编码的末位为面片内喷涂路径的终点编号；24)根据喷涂行数和路径编码确定片内喷涂的起点和终点的组合形式，具体为：当面片内喷涂行数为偶数行时，面片内喷涂路径的起点和终点有0进2出、1进3出、2进0出和3进1出四种方式；当面片内喷...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱传敏，顾鹏，胡骁，刘丁豪，吴尹悦，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31