[发明专利]一种自由曲面喷涂机器人的喷枪轨迹规划方法

说明书

技术领域

本发明涉及到自由曲面喷涂机器人喷枪轨迹的规划方法，属于机器人技术领域

背景技术

机器人自动喷涂因系统具有涂装质量好，工作效率高等优点，已经开始应用于飞机、汽车等许多具有复杂曲面的产品的涂装作业中。喷枪轨迹规划是机器人自动喷涂系统中的关键技术之一，它不仅直接影响涂层的均匀性等喷涂效果，也是进行机器人关节轨迹规划前的必要环节。喷枪轨迹规划除了要考虑工件表面CAD模型及喷枪涂料沉积模型外，还需要考虑涂层厚度及偏差要求、喷涂距离、喷枪移动速度、喷涂方向等约束条件。一般来说，进行喷枪轨迹规划前需进行以下两个工作：首先是利用CAD建模或实物测量获得喷涂工件的数据信息，并将工件表面按一定规则划分成若干形状简单的区域；其次通过理论分析并结合实验确定喷枪涂料沉积模型。喷枪轨迹规划就是综合工件表面CAD模型、喷枪涂料沉积模型及其他约束条件来生成喷枪运动轨迹的过程。

目前，自由曲面上喷枪轨迹的规划方法有三角面片法和点云切片法。三角面片法是将工件表面CAD模型分解成众多的小三角面片，取得每一三角面片的法矢量，然后用一系列等距的平面族与待喷涂表面相交，求出平面族与三角面片的交点及交点上的法矢量，连接所得交点求得喷锥底中心路径；点云切片法是将工件的点云切片数据模型经精简、采样及平滑处理后求得一系列路径点及各点上的法矢量，连接这些路径点求得喷锥底中心路径。这两种方法的缺点在于：计算路径点上法矢量时存在二义性问题，求得的法矢量可能并不垂直于工件表面，此外，由于需要对工件表面CAD模型进行再处理，因而不得不处理大量的存在冗余和噪声的数据，计算量大，计算耗时长，导致机器人的轨迹规划环节时间久、效率低，不利于发挥机器人自动化程度高的特点，因此，迫切需要提出一种计算量小，计算过程简单的喷枪轨迹规划方法。

发明内容

为达到上述目的，本发明提供了一种计算量小，计算过程简单的自由曲面喷涂机器人的喷枪轨迹规划方法，以生成满足工艺要求的喷枪作业轨迹。

本发明的技术方案如下：

S1)在三维造型软件中将工件被喷涂表面划分成若干个形状规则的区域，利用数控加工方法在每一区域表面生成m条等间距刀位轨迹，并将刀位轨迹导出为标准APT文件，其中m＝1，2，…；

S2)提取包含在APT文件中的刀位点及刀轴矢量，对获得的刀位点进行延展，并将拐角处处理成半径为r的圆弧过渡，设定开枪点与关枪点，得到有序路径点序列P₁，P₂，...，P_i，...，P_n，点的总数为n，n＝1，2，…，记P_i点坐标为[x_iy_iz_i]，P_i点处的刀轴矢量称位于相邻两轨迹线关枪点与开枪点间通过延展与圆弧过渡得到的路径点为过渡段路径点；

S3)在路径点P_i处建立固结在喷锥底中心的局部坐标系即为P_i点处的刀轴矢量，记P_i点所在的轨迹线在m条轨迹中的次序为k，k∈[1，2，…，m]；

通过以下步骤求得：构造辅助矢量，当1＜i＜n，P_i所在的轨迹线k为奇数时，P_i所在的轨迹线k为偶数时，当P_i为过渡段路径点时，均与关枪点处辅助矢量相同；当i＝n时，在P_i、和构成的平面内求得与垂直并与夹角为锐角的矢量记