喷涂机器人空间路径规划方法技术

本发明专利技术公开了一种喷涂机器人空间路径规划方法，根据复杂曲面的拓扑结构将复杂曲面进行分片，分别计算分片后的规则多边形与凸多边形度量参数、喷涂空间路径的转折点数、片之间的公共边长总和，并建立复杂曲面分片后某一片的最佳方案评价函数，将复杂曲面分片问题进一步表示为一个带约束条件的数学优化问题，并进行求解。复杂曲面分片后，在每一片上进行喷涂机器人空间路径规划，按照每一片上不同的空间路径模式和走向建立喷涂路径的评价函数，并以评价函数值最优为目标，选出最佳路径模式和走向，从而提高复杂曲面上的机器人喷涂效果和喷涂效率，满足实际工业生产的需要。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种喷涂机器人，尤其涉及一种，属于智能机器人
。
技术介绍
喷涂机器人是一种先进涂装生产装备，在国内外广泛应用于汽车等产品的涂装生产线。对于诸如汽车、电器及家具等产品，其表面的喷涂效果对质量有相当大的影响。在自动喷涂操作中，喷涂机器人的机械手围绕待涂工件表面来回移动，适当的路径和其它过程参数的优化选择都能使生产成本得到节约。实际生产中，喷涂机器人喷涂作业的优化目标主要有两个:一是工件表面的涂层尽量均匀；二是喷涂时间尽量短。然而，这两个优化目标，即效果和效率通常是相互制约的。在本
，喷涂机器人轨迹优化方法的思路是:先指定喷涂机器人空间路径，再找出机器人沿指定空间路径的最优时间序列，即机器人以什么样的速度沿指定空间路径进行喷涂作业时，工件表面上的涂层厚度最均匀。从这个角度来说，喷涂机器人的优化轨迹可以看成由两个因素组成:一是喷涂空间路径，二是喷涂机器人移动速度。因此，寻找到合适的喷涂机器人空间路径对其轨迹优化工作起着至关重要的作用。近年来，随着喷涂机器人的广泛应用，机器人喷涂已基本上能满足工业生产的需要。但由于制造工业的不断发展，出现了许多表面为复杂曲面的工件。由于此类曲面结构复杂多变，采用一股的计算机辅助几何设计(CAGD)中的曲面造型方法很难对复杂曲面进行处理，因此复杂曲面的喷涂机器人路径规划是一个难点。应当指出，现在喷涂机器人轨迹优化工作中，大部分工作都还是集中于讨论轨迹优化的方法或二维平面上的喷涂路径规划，而对于面向复杂曲面的喷涂机器人三维空间路径规划的方法仍然比较少。通常情况下，喷涂机器人路径规划只是求出两条相邻喷涂路径之间距离的最优值，并以此最优值来规划机器人空间路径，这种方法显得过于简单和粗糙。另外，随着喷涂机器人的广泛应用，现在工业生产中复杂喷涂工件越来越多，而仅仅从研究喷涂机器人轨迹优化方法的角度上来提高喷涂效果就有一定的局限性了。因此，要想获得更佳的优化轨迹并得到更好的喷涂效果，必须对进行深入研究。申请号为CN201210050434的专利文献中公开了一种自由曲面喷涂机器人的喷枪轨迹规划方法，该方法中提出在三维造型软件中将被喷涂表面直接划分成若干个形状规则的区域。这种方法对曲面造型的处理比较简单，只能适用于曲率变化较小的自由曲面中，不能用于具有复连通区域的复杂曲面工件表面的喷涂作业。专利号为ZL200810020500.6的专利文献给出了一种复杂曲面上的喷涂机器人喷枪轨迹优化方法，但该方法只是优化了喷涂速度，没有给出具体的喷涂空间路径的规划方法。专利号为ZL200810156065.X的专利文献给出了一种非规则平面多边形的静电喷涂机器人变量喷涂方法，但没有涉及到复杂曲面上的路径规划方法。因此，为了满足现代制造业对复杂曲面工件的喷涂要求，研究一种针对复杂曲面工件的喷涂空间路径规划方法，具有实际意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种，以提高复杂曲面上的机器人喷涂效果和喷涂效率，满足实际工业生产的需要。本专利技术的目的通过以下技术方案予以实现:一种，包括以下步骤:I)根据复杂曲面的拓扑结构将复杂曲面进行分片，并计算复杂曲面的平均法向量，复杂曲面的分片即对该复杂曲面最大投影面进行分片；根据最大投影面的拓扑结构，复杂曲面分片步骤如下:(I)计算规则多边形与凸多边形度量参数；所述规则多边形是指内角为直角或者钝角的多边形，所述凸多边形是指内角角度均小于180度的多边形；对于规则多边形和凸多边形度量参数R计算式为:本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种喷涂机器人空间路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：1)根据复杂曲面的拓扑结构将复杂曲面进行分片，并计算复杂曲面的平均法向量，复杂曲面的分片即对该复杂曲面最大投影面进行分片；根据最大投影面的拓扑结构，复杂曲面分片步骤如下：(1)计算规则多边形与凸多边形度量参数；所述规则多边形是指内角为直角或者钝角的多边形，所述凸多边形是指内角角度均小于180度的多边形；对于规则多边形和凸多边形度量参数R计算式为：R=(Σi=1pλ(θi))/p上式中，p表示规则多边形顶点的个数，θi(i=1，2，…，p)为规则多边形内角角度，λ(θi)为罚函数，其定义式为：λ(θi)=1-2πθi0≤θi≤π20π2≤θi≤πθiπ-1π≤θi≤2π(2)计算喷涂空间路径的转折点数；分片过程中应尽量选择转折点数最少的分片方案，即垂直于喷涂路径方向的分片的边长长度要尽量小，采用ALTmin表示垂直于喷涂路径方向的分片的边长长度，即分片的最低高度为ALTmin，采用多边形旋转法来求取最小高度ALTmin，该方法步骤如下：a.设在x?y平面内有一个多边形，将多边形绕z轴旋转360度；b.旋转后绘制旋转过程中多边形的高度变化曲线；c.求出多边形多个顶点的y坐标的最大值和最小值之差，即求出了最小高度ALTmin；(3)计算片之间的公共边长总和Lcb；片之间的公共边长总和可在分片后直接计算出来；(4)计算复杂曲面分片后某一片的最佳方案评价函数F，其数学表达式为：F=w1(R)+w2(ALTmin)+w3Lcb+w4l上式中，l表示分片数；wi(i=1，2，3，4)为取值范围为(0，1)的各个指标对应的权值，要求最佳方案评价函数F取到最小值；(5)复杂曲面分片后，用一个顶点代表每一个片，将每一个顶点连接起来，从而形成一 个完整的有向图；将复杂曲面分片问题表示为一个带约束条件的数学优化问题：minz=Σj=1NSFjxjs.t.Σj=1NSaijxj=1,i=1,2,...,NC其中，xj=0，1，aij=0，1，j=1，2，...，NS其中，NC表示有向图中的顶点数；NS表示曲面分片后的片数；Fj表示曲面分片后第j片的最佳方案评价函数；若有向图中用顶点i表示第j片则aij取1，否则aij取0；若第j片为分片后曲面中的一片，则xj取1，否则xj取0；2)复杂曲面分片后，对每一片进行喷涂机器人空间路径规划；按照每一片上不同的空间路径模式和走向建立喷涂路径的评价函数F0，并以评价函数值最优为目标，选出最佳路径模式和走向；对于每一片上的喷涂空间路径评价函数计算步骤如下：(1)计算空间路径平行指数λ；平行指数λ指每一片的边界附近的喷涂路径平行于边界线的次数；(2)计算空间路径转折点数nt；(3)计算空间路径最小分段长度1m；(4)计算喷涂路径最大距离与最小距离之差σd，如果两条相邻喷涂路径之间的最大距离为dmax，而两条相邻喷涂路径之间的最小距离为dmin，则σd=dmax?dmin；(5)计算每一片喷涂空间路径的评价函数f0，F0=h1λ+h2(1/nt)+h31m+h4(1／σd)上式中，hi(i=1，2，3，4)为取值范围为(0，1)的各个指标对应的权值，在路径规划时应尽量选择评价函数F0大的喷涂路径。...

【技术特征摘要】
1.一种喷涂机器人空间路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)根据复杂曲面的拓扑结构将复杂曲面进行分片，并计算复杂曲面的平均法向量，复杂曲面的分片即对该复杂曲面最大投影面进行分片；根据最大投影面的拓扑...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈伟，曾庆军，汤养，刘海舰，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：