本發(fā)明屬于噴涂工藝，具體涉及用于噴涂機(jī)器人路徑智能生成與反饋控制的方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在自動(dòng)噴涂操作中，噴涂機(jī)器人的噴槍圍繞待涂工件表面來(lái)回移動(dòng)，噴涂機(jī)器人離線編程系統(tǒng)主要由機(jī)器人噴槍軌跡優(yōu)化模塊、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡生成模塊、機(jī)器人程序生成模塊等構(gòu)成，其中機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡生成模塊和機(jī)器人程序生成模塊基本屬于一般工業(yè)機(jī)器人離線編程系統(tǒng)中的常規(guī)模塊，視覺(jué)測(cè)量技術(shù)可以應(yīng)用于噴涂機(jī)器人的噴槍軌跡優(yōu)化模塊，通過(guò)實(shí)時(shí)獲取工件表面的形狀和涂層分布，幫助優(yōu)化噴槍運(yùn)動(dòng)軌跡，避免涂料分布的不均勻性。然而，在噴涂復(fù)雜精巧的小型工件時(shí)，會(huì)遇到許多小面積的平滑曲面，或者存在多棱角的情況，噴涂機(jī)器人在對(duì)以上部分完成噴涂時(shí)，涂料容易在表面形成異常分布，在涂料分布較少的地方造成邊緣涂料的流掛和涂料桔皮現(xiàn)象，在涂層過(guò)厚的地方在使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)皸裂傾向。目前的解決方法有對(duì)弧面型曲面部分進(jìn)行精確分析與分割，為不同部分采用不同噴涂參數(shù)，但是面對(duì)多曲面時(shí)，以上方法由于要進(jìn)行多次曲面分割計(jì)算，面對(duì)復(fù)雜小型工件時(shí)，會(huì)大大影響計(jì)算機(jī)的計(jì)算速率，雖然目前的工業(yè)控制系統(tǒng)可以通過(guò)實(shí)時(shí)反饋調(diào)整噴涂參數(shù)和噴槍位置，以減少交界處的涂料不均勻問(wèn)題，并提高噴涂過(guò)程的穩(wěn)定性和一致性，但是由于噴槍垂直于工件表面定點(diǎn)噴涂一段時(shí)間在工件表面所形成的涂料空間分布為中空環(huán)形，當(dāng)噴槍垂直于工件表面向某一方向平行移動(dòng)時(shí)，涂料就會(huì)在工件表面形成一種條紋沉積分布，當(dāng)噴頭掃過(guò)曲面與曲面交界時(shí)，由于噴料在平面的噴涂特點(diǎn)受到曲率變化的影響，往往在交界處產(chǎn)生不規(guī)律的條紋分布，此時(shí)再次噴涂也難以實(shí)現(xiàn)涂層一致。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提出用于噴涂機(jī)器人路徑智能生成與反饋控制的方法及系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的一個(gè)或多個(gè)技術(shù)問(wèn)題，至少提供一種有益的選擇或創(chuàng)造條件。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供用于噴涂機(jī)器人路徑智能生成與反饋控制的方法，所述用于噴涂機(jī)器人路徑智能生成與反饋控制的方法包括如下各步驟：

3、s100，繪制工件曲面模型，使用三維軟件對(duì)三維模型進(jìn)行曲面分區(qū)；

4、s200，在分區(qū)中根據(jù)要求預(yù)設(shè)噴涂路徑并在噴涂路徑上設(shè)定噴涂地點(diǎn)，在噴涂地點(diǎn)設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)噴涂高度；

5、s300，基于繪制的工件曲面模型與設(shè)噴涂路徑，控制噴涂機(jī)器人進(jìn)行預(yù)覽運(yùn)行，并獲得預(yù)覽噴涂距離塊；

6、s400，根據(jù)預(yù)覽噴涂距離塊與標(biāo)準(zhǔn)噴涂高度得到噴涂誤差，并根據(jù)工件曲面分區(qū)修正噴涂誤差得到修正模型；

7、s500，根據(jù)修正模型修正預(yù)設(shè)噴涂路徑得到實(shí)際路徑，控制噴涂機(jī)器人按照實(shí)際路徑運(yùn)行噴涂。

8、進(jìn)一步地，在s100中，繪制工件曲面模型，使用三維軟件對(duì)三維模型進(jìn)行曲面分區(qū)的具體方法為：先利用freecad軟件繪制工件的曲面模型，再利用blender軟件對(duì)曲面模型進(jìn)行曲率變化分析，按照曲率的變化將整個(gè)曲面分為三部分，弧面型曲面為a部分，其余平滑的兩部分平面分別為b、c部分，得到曲面b和曲面a的邊界線l2、曲面c和曲面a的邊界線l3。

9、進(jìn)一步地，在s200中，在分區(qū)中根據(jù)要求預(yù)設(shè)噴涂路徑并在噴涂路徑上設(shè)定噴涂地點(diǎn)，在噴涂地點(diǎn)設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)噴涂高度的具體方法為：設(shè)置噴涂機(jī)器人的工作參數(shù)為：噴涂速度(1～3m/s)、標(biāo)準(zhǔn)噴涂高度(150～300mm)、噴涂角度(15°～30°)、噴涂壓力(200～400kpa)、噴涂流量(100～500ml/min)。

10、進(jìn)一步地，在s300中，基于繪制的工件曲面模型預(yù)設(shè)噴涂路徑，控制噴涂機(jī)器人進(jìn)行預(yù)覽運(yùn)行，并獲得預(yù)覽噴涂距離塊的具體方法為：

11、獲取預(yù)設(shè)噴涂路徑結(jié)合主控制器指令生成機(jī)器人控制程序，將工件放置在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)空間內(nèi)并建立工件坐標(biāo)系，在機(jī)器人仿真軟件內(nèi)驗(yàn)證軌跡可行性后，將機(jī)器人控制程序上傳至機(jī)器人控制器，預(yù)覽執(zhí)行噴涂程序，并且在預(yù)覽運(yùn)行的過(guò)程中根據(jù)預(yù)先安裝在機(jī)器人上的測(cè)距傳感器測(cè)量并記錄每個(gè)噴涂地點(diǎn)的噴涂機(jī)器人噴涂形成的噴涂距離塊，其中噴涂距離塊為噴涂機(jī)器人在噴涂地點(diǎn)完成噴涂時(shí)，測(cè)距傳感器所獲取的形成的從噴涂區(qū)域中各點(diǎn)到與噴頭垂直平面的距離集合，所述距離集合包括噴涂區(qū)域中各點(diǎn)到與噴頭垂直平面的距離信息和噴涂區(qū)域中各點(diǎn)的位置信息。

12、進(jìn)一步地，在s400中，根據(jù)預(yù)覽噴涂距離塊與標(biāo)準(zhǔn)噴涂距離得到噴涂誤差，并根據(jù)工件曲面分區(qū)修正噴涂誤差得到修正模型的具體方法為：令噴涂地點(diǎn)作為噴涂區(qū)域的中心pi，i表示噴涂地點(diǎn)的序號(hào)，并且i∈[1,m]，m表示噴涂地點(diǎn)的數(shù)量，在噴涂距離塊中，令所有點(diǎn)的位置信息為lcj，距離信息為disj，其中j表示噴涂距離塊中包括的位置點(diǎn)序號(hào)；

13、記所有噴涂地點(diǎn)的位置信息為loci，計(jì)算所有噴涂地點(diǎn)到l2的垂直距離為vdi，計(jì)算所有噴涂地點(diǎn)到l3的垂直距離為vei，記所有噴涂地點(diǎn)到l2的垂直距離vdi的平均值為vdmean，所有噴涂地點(diǎn)到l3的垂直距離vei的平均值為vemean，將滿足vdi<vdmean或者vei<vemean的噴涂地點(diǎn)標(biāo)記為受影響點(diǎn)，將受影響點(diǎn)對(duì)應(yīng)的噴涂區(qū)域標(biāo)記為流動(dòng)區(qū)域，獲取的流動(dòng)區(qū)域的距離集合為流動(dòng)距離塊；

14、噴涂時(shí)涂料的霧化是由旋杯高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力、高壓靜電的電場(chǎng)力和整形空氣的慣性力共同完成的，它所產(chǎn)生的涂料空間分布是環(huán)形，當(dāng)靜電電壓、間距、旋杯轉(zhuǎn)速、涂料流量和涂料的粘度等參數(shù)保持一定的情況下，噴槍垂直于工件表面定點(diǎn)噴涂一段時(shí)間在工件表面所形成的涂料空間分布為中空環(huán)形，當(dāng)噴槍垂直于工件表面向某一方向平行移動(dòng)時(shí)，涂料就會(huì)在工件表面形成一種條紋沉積分布，在測(cè)距傳感器獲取的數(shù)據(jù)構(gòu)成的距離塊中呈現(xiàn)出中間距離大四周距離小的特點(diǎn)，所以此時(shí)一次噴涂往往不能達(dá)成預(yù)設(shè)效果，目前解決以上問(wèn)題的方法為二次噴涂以達(dá)到涂層一致的目的，當(dāng)噴頭掃過(guò)曲面與曲面交界時(shí)，由于噴料在平面的噴涂特點(diǎn)受到曲率變化的影響，往往在交界處產(chǎn)生不規(guī)律的條紋分布，此時(shí)再次噴涂也難以實(shí)現(xiàn)涂層一致，為解決以上問(wèn)題，本發(fā)明提出以下方法通過(guò)計(jì)算所有噴涂區(qū)域的偏離指數(shù)生成二次噴涂路徑的修正模型；

15、令所有的流動(dòng)距離塊為dibk，其中k表示流動(dòng)距離塊的序號(hào)，在k的取值范圍內(nèi)遍歷所有的流動(dòng)距離塊中的距離信息diskj，標(biāo)記出流動(dòng)距離塊dibk中距離信息的最大值為diskmax，流動(dòng)距離塊dibk中距離信息的最小值為diskmin，計(jì)算所有的流動(dòng)距離塊中的各自的平均距離信息為diskmean，記從最大值對(duì)應(yīng)的點(diǎn)到最小值對(duì)應(yīng)的點(diǎn)之間的單位向量為流動(dòng)單位向量，將從大值對(duì)應(yīng)的點(diǎn)到最小值對(duì)應(yīng)的點(diǎn)之間的歐氏距離與流動(dòng)單位向量的乘積作為流動(dòng)向量其中j表示噴涂距離塊中包括的位置點(diǎn)序號(hào)，計(jì)算噴涂地點(diǎn)到噴涂區(qū)域中各點(diǎn)的向量通過(guò)公式計(jì)算偏離指數(shù)，其中，函數(shù)表示向量在上的投影向量，用于計(jì)算在上的投影向量的模，n為距離塊dibk中包含的點(diǎn)的數(shù)量，比較偏離指數(shù)flowk與平均距離信息diskmean兩者大小，如果偏離指數(shù)flowk大于diskmean，則認(rèn)為距離塊dibk對(duì)應(yīng)的噴涂區(qū)域發(fā)生涂料局部分布異常，需要對(duì)此處的噴涂點(diǎn)位置進(jìn)行修正，否則認(rèn)為距離塊dibk對(duì)應(yīng)的噴涂區(qū)域沒(méi)有發(fā)生涂料局部分布異常，不需要對(duì)此處的噴涂點(diǎn)位置進(jìn)行修正；

16、以上方法通過(guò)對(duì)每一個(gè)流動(dòng)距離塊中的距離信息分布差異構(gòu)建局部涂料流動(dòng)模型，距離信息的最大值對(duì)應(yīng)的點(diǎn)表示此處涂料顯著多于噴涂其他區(qū)域，距離信息的最小值對(duì)應(yīng)的點(diǎn)表示此處涂料顯著少于噴涂其他區(qū)域，以上公式能夠反映出當(dāng)前噴涂區(qū)域在預(yù)設(shè)路徑下所形成的噴涂效果的涂料分布情況，即使是面對(duì)細(xì)小的不均勻分布特點(diǎn)，以上方法通過(guò)累加和的方式將細(xì)小區(qū)別放大，同時(shí)以上公式引入法向量能夠在噴頭參數(shù)一致時(shí)考慮到工件所在表面曲率對(duì)噴涂效果的影響，具有較高的檢測(cè)精度和響應(yīng)速度，但是以上方法只考慮到每個(gè)噴涂區(qū)域內(nèi)部涂料在曲面交界處產(chǎn)生的不規(guī)則分布，當(dāng)連續(xù)噴涂時(shí)相鄰的噴涂區(qū)域也會(huì)互相影響，為解決以上問(wèn)題，本發(fā)明提出以下修正方法：

17、將所有流動(dòng)距離塊dibk按照采集時(shí)間順序排列，在k的取值范圍內(nèi)遍歷所有的流動(dòng)距離塊中的距離信息diskj，標(biāo)記出流動(dòng)距離塊dibk中距離信息的最大值為diskmax，流動(dòng)距離塊dibk中距離信息的最小值為diskmin，將diskmax對(duì)應(yīng)點(diǎn)到diskmin對(duì)應(yīng)點(diǎn)的方向標(biāo)記為流動(dòng)方向，計(jì)算所有的流動(dòng)距離塊中的各自的平均距離信息為diskmean，根據(jù)公式計(jì)算偏離指數(shù)，其中dismax表示第k個(gè)流動(dòng)距離塊中距離信息的最大值與第k+1個(gè)流動(dòng)距離塊之間中距離信息的最大值之間的較大值，其中dismin表示第k個(gè)流動(dòng)距離塊中距離信息的最小值與第k+1個(gè)流動(dòng)距離塊之間中距離信息的最小值之間的較小值,比較偏離指數(shù)flowk與平均距離信息diskmean兩者大小，t表示流動(dòng)距離塊dibk的數(shù)量，如果偏離指數(shù)flowk大于diskmean，則認(rèn)為距離塊dibk對(duì)應(yīng)的噴涂區(qū)域發(fā)生涂料局部分布異常，需要對(duì)此處的噴涂點(diǎn)位置進(jìn)行修正，否則認(rèn)為距離塊dibk對(duì)應(yīng)的噴涂區(qū)域沒(méi)有發(fā)生涂料局部分布異常，不需要對(duì)此處的噴涂點(diǎn)位置進(jìn)行修正；

18、進(jìn)一步地，修正方法為：依次獲取所有需要修正的噴涂點(diǎn)位置信息，將所有需要修正的噴涂點(diǎn)對(duì)應(yīng)的噴涂區(qū)域的流動(dòng)向量的方向作為調(diào)整方向，將噴涂點(diǎn)位置沿流動(dòng)方向調(diào)整偏離指數(shù)與平均距離信息之間的差值結(jié)果距離。

19、以上步驟的有益效果為：通過(guò)計(jì)算相鄰距離塊中各點(diǎn)位置信息的差值并累加，能夠有效捕捉曲面交界處的涂料分布異常，由于曲面結(jié)構(gòu)變化通常伴隨位置信息的突變，差值的累加和會(huì)顯著放大此類(lèi)區(qū)域的異常信號(hào)，從而清晰標(biāo)識(shí)出涂料厚度或均勻性的局部偏差，顯著提升了檢測(cè)的靈敏度，同時(shí)通過(guò)相鄰距離塊中對(duì)應(yīng)各點(diǎn)的流動(dòng)向量，能夠反映出相鄰噴涂區(qū)域造成的影響，提高了檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

20、本發(fā)明還提供了用于噴涂機(jī)器人路徑智能生成與反饋控制的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：存儲(chǔ)器、處理器以及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中并可在所述處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序運(yùn)行在以下系統(tǒng)的單元中：

21、模型繪制單元，用于繪制工件曲面模型，并使用軟件對(duì)三維模型進(jìn)行曲面分區(qū)；

22、路徑模擬單元，用于在分區(qū)中根據(jù)要求預(yù)設(shè)噴涂路徑并在噴涂路徑上設(shè)定噴涂地點(diǎn)，在噴涂地點(diǎn)設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)噴涂高度；

23、噴涂預(yù)覽單元，用于基于繪制的工件曲面模型與設(shè)噴涂路徑，控制噴涂機(jī)器人進(jìn)行預(yù)覽運(yùn)行，并獲得預(yù)覽噴涂距離塊；

24、誤差計(jì)算單元，用于根據(jù)預(yù)覽噴涂距離塊與標(biāo)準(zhǔn)噴涂高度得到噴涂誤差，并根據(jù)工件曲面分區(qū)修正噴涂誤差得到修正模型；

25、模型修正單元，用于根據(jù)修正模型修正預(yù)設(shè)噴涂路徑得到實(shí)際路徑，控制噴涂機(jī)器人按照實(shí)際路徑運(yùn)行噴涂。

26、本發(fā)明的有益效果為：通過(guò)計(jì)算相鄰噴涂區(qū)域之間的涂料分布差值并累加其絕對(duì)差之和，該方法不僅能夠檢測(cè)單個(gè)噴涂區(qū)域內(nèi)的局部異常，還能有效反映相鄰區(qū)域之間的涂料分布差異，從而精準(zhǔn)識(shí)別多曲面交界處的異常情況，結(jié)合視覺(jué)測(cè)量技術(shù)，系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)獲取噴涂表面的涂料分布信息，通過(guò)圖像識(shí)別和分析，進(jìn)一步提高對(duì)局部涂層異常的檢測(cè)精度，在復(fù)雜工件噴涂過(guò)程中，由于曲面曲率變化、機(jī)器人軌跡重疊或噴涂參數(shù)適配不足，交界處極易出現(xiàn)涂料堆積、過(guò)薄或覆蓋不全等問(wèn)題，通過(guò)量化相鄰區(qū)域的梯度變化，顯著提高了對(duì)異常的檢出能力，更能精準(zhǔn)捕捉多曲面過(guò)渡區(qū)域的涂料堆積、遮蔽不全等典型工藝缺陷。