一种工业机器人综合控制平台及其控制方法技术

本发明专利技术为一种工业机器人综合控制平台及其控制方法，包括：物体造型模块、参数设置模块、数据库模块，喷枪轨迹生成模块、机器人运动轨迹生成模块、人机交互模块、分析与显示模块、作业指令生成模块、通信与接口模块；本发明专利技术平台具有功能完善、通用性强的特点，不但缩短了机器人程序开发周期，而且提高了系统的喷涂精度，降低生产成本，提高生产率，还可以降低对操作者技术水平的要求，经济效益高，易被用户接受。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是一种工业机器人的综合控制平台及其控制方法，特别是一种喷涂机器人综合控制的平台及其控制方法。
技术介绍
自20世纪60年代初人类创造第一台工业机器人以来，在短短40多年的时间中， 机器人技术得到迅速发展，在我国，工业机器人的最初应用是在汽车和工程机械行业，主要 用于汽车及工程机械的喷涂及焊接；对于喷涂产品，其表面的喷涂效果的好坏对质量有非 常大的影响，喷涂作业中采用喷涂机器人，可以明显提高喷涂质量和材料使用率，仿形喷涂 轨迹精确，提高涂膜的均勻性，降低喷涂量和清洗溶剂的用量，提高材料利用率，并提高劳 动生产效率，避免了过去人工喷涂时人接触有毒性的涂料而造成急性或慢性中毒，因此，喷 涂机器人在制造业中的应用越来越得到人们的重视。早期的喷涂机器人是“示教再现”型的，即由操作人员“手把手”地直接握住安装 在机器人腕部的喷枪，操作一次喷涂全过程，机器人控制器记忆示教操作顺序，在作业中重 复再现操作动作，这种编程不但繁琐，而且需要先有样品才能示教；现有的工业机器人控制 系统一般功能单一，不具备综合化的控制系统，尤其是在喷涂机器人应用领域，更是缺少专 门的系统平台，因此，开发一种基于计算机图形学，使得喷涂效果最优的喷涂机器人综合控 制平台已迫在眉睫。随着计算机图形学的发展，建立实际物体及周围环境的模型变得非常方便，喷涂 作业中的工件一般都是自由面，对这种表面的造型有多种方法=Bezier法，Coon/Ferguson 法，B样条法，NUB (非均勻B样条)法，NURB (非均勻有理B样条)法及它们之间的任意组 合，获得实际物体模型的方法有多种，除了通过计算机图形学直接造型外，还可以通过接口 读取其他CAD系统的数据，或者通过扫描实物来获得模型数据。在国内，有大学开发了机器人离线编程系统，并在此基础上研制了 HOLPS系统，该 系统包括机器人语言处理模块、运动学规划模块、机器人运动学仿真模块、通信模块和主模 块；清华大学研制的ROBSMl仿真系统可对PUMA560及类似结构的机器人进行运动学、动 力学规划，并在此基础上开发了 R0BSM2系统，它使用SVAL语言作为输入，增加了三维图形 输出和碰撞检查及传感器仿真、典型动作和典型任务的仿真；虽然目前对喷涂机器人离线 编程系统的研究已经取得了很大的进展，但由于喷涂效果受多种因素的影响，如工件表面 形状的复杂程度、喷枪的位置、方向及其离工件表面的距离、油漆的粘滞性、挥发性、环境温 度、大气压、空气湿度等等，因而如何找出更加精确的油漆空间分布数学模型，以及提出更 好的轨迹优化方法，仍然是今后有待进一步探讨的领域。
技术实现思路
本专利技术平台的目的在于考虑上述问题而提供了一种功能完善，通用性强的工业机 器人综合控制平台，本专利技术还包括工业机器人综合控制平台的控制方法；本专利技术包括如下技术特征一种工业机器人综合控制平台，包括依次连接的物体 造型模块、参数设置模块、喷枪轨迹生成模块、机器人运动轨迹生成模块、分析与显示模块、 作业指令生成模块和通信与接口模块；所述平台还包括人机交互模块和数据库模块； 所述人机交互模块用于对整个平台进行人机操作，实现所需各种参数的输入和对 其它各个模块的控制；所述人机交互模块分别与物体造型模块、参数设置模块、喷枪轨迹生 成模块、机器人运动轨迹生成模块、分析与显示模块、作业指令生成模块和通信与接口模块 连接；所述人机交互模块还与数据库模块连接。所述数据库模块用于对平台运行过程模型数据和喷涂信息数据的存储与管理；所 述数据库模块分别与物体造型模块、参数设置模块、喷枪轨迹生成模块、机器人运动轨迹生 成模块、分析与显示模块、作业指令生成模块和通信与接口模块连接；所述物体造型模块采用计算机图形学原理对物体进行三维造型，获得喷涂工件的 三维数据模型，或者通过通信与接口模块读取其他系统的数据，或者通过扫描实物来获得 喷涂工件的模型数据；所述参数设置模块用于设定机器人模型参数、机器人运动轨迹规划插值方法，喷 涂参数、喷枪的开口角、喷射距离、要求的涂层厚度、喷涂时间等参数，在系统运行和轨迹规 划的过程中，用户可以通过该模块设置机器人模型数据和插值的方法，然后将这些参数存 入数据库；所述人机交互模块实现对整个平台的操作，在喷涂机器人可视化仿真过程中，实 现所需各种参数的输入和对其它各个模块的控制；所述数据库模块实现模型数据和喷涂信息数据的存储与管理，系统在获得喷涂工 件数据和机器人模型数据后，自动将这些数据存入到相应数据库中；系统运行过程中生成 的数据也会自动存入相应数据库中；通过人机交互界面实现对数据库中不同子模块的管 理；所述喷枪轨迹生成模块实现最佳机器人喷枪轨迹的自动生成，在对喷枪轨迹完成 建模后，调取喷涂工件造型数据，建立喷涂过程中油漆厚度生长模型和评价喷涂效果好坏 的目标泛函，并设计算法求取目标泛函的极小值，进而得到喷枪运动轨迹，并将生成的喷枪 轨迹予以修正，以保证所有轨迹点都满足约束条件，最终生成一条使喷涂效果最佳的喷枪 轨迹，轨迹数据存入数据库；所述机器人运动轨迹生成模块针对喷枪轨迹生成模块生成的最优喷枪轨迹，系统 根据机器人逆运动学原理求解机器人的关节轨迹和关节力矩，得到机器人运动轨迹；再根 据用户对喷涂参数的设置，经分析和仿真后，对该轨迹进行优化，最终得到满足喷涂要求的 机器运动轨迹，然后把关节轨迹数据存入数据库，从而为分析显示模块提供机器人运动轨 迹数据；所述分析与显示模块包括喷涂空间的三维模型显示、喷涂机器人三维动态显示及 喷涂过程中机器人运动情况和喷涂效果的显示、关节变量的曲线的显示、喷涂时间的显示， 系统根据其它各模块传来的三维数据，图形化显示喷枪沿规划路径喷涂时工件表面的涂覆 情况，并以列表形式给出工件表面上漆膜的平均厚度及其偏差数据，系统还可以实时显示 喷涂过程中喷涂机器人运动状态，在此过程中用户可以检查机器人各关节的运动是否满足其约束条件，是否发生机器人碰撞工件等情况，用户通过仿真，不断调整参数，最终得到使 喷涂效果最优的喷枪轨迹；所述作业指令生成模块主要完成机器人作业指令文件的生成，通过从数据库中读 取机器人关节轨迹数据，生成关节脉冲，再根据人机交互模块选取的机器人类型，自动找到 与该型号机器人相匹配的代码生成模块，生成机器人工作文件并保存；如果是用户新添加 的机器人型号，该模块还可以自动调取新添加的与该机器人型号对应的程序转化模块，完 成代码文件的自动生成；所述通信与接口模块，主要用于喷涂任务数据的导入和作业文件的上传下载，从 而实现平台内部与外部之间信息的传输和交换；本专利技术还涉及一种工业机器人综合控制平台的控制方法，包括如下步骤步骤1 确定喷涂对象，即喷涂机器人在开始喷涂作业前，用户先给定喷涂的工件 类型；步骤2 获取喷涂工件数据，系统通过物体造型模块，应用计算机图形学原理对喷 涂工件进行三维造型，并将造型后的三维模型数据存入数据库中；系统还可以通过通信与 接口模块直接把外部数据库存储的工件数据转换过来或通过扫描直接获得喷涂工件数据， 存入喷涂任务数据库，为喷枪轨迹生成模块提供工件数据信息，如果喷涂任务数据库中已 经存在该喷涂工件的数据信息，则直接执行步骤3 ；步骤3 设置喷枪参数，用户可以通过人机交互界面设置喷枪参数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种工业机器人综合控制平台，其特征在于：包括依次连接的物体造型模块、参数设置模块、喷枪轨迹生成模块、机器人运动轨迹生成模块、分析与显示模块、作业指令生成模块和通信与接口模块；所述平台还包括人机交互模块和数据库模块；所述人机交互模块用于对整个平台进行人机操作，实现所需各种参数的输入和对其它各个模块的控制；所述人机交互模块分别与物体造型模块、参数设置模块、喷枪轨迹生成模块、机器人运动轨迹生成模块、分析与显示模块、作业指令生成模块和通信与接口模块连接；所述人机交互模块还与数据库模块连接；所述数据库模块用于对平台运行过程模型数据和喷涂信息数据的存储与管理；所述数据库模块分别与物体造型模块、参数设置模块、喷枪轨迹生成模块、机器人运动轨迹生成模块、分析与显示模块、作业指令生成模块和通信与接口模块连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘治，蒋海仙，张凯歌，章云，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]