基于喷涂目标三维成像技术的全流程闭环智能喷涂机器人

摘要

本发明提供的基于喷涂目标三维成像技术的全流程闭环智能喷涂机器人，该机器人利用三维成像技术，通过对喷涂目标进行三维形貌测量，构建喷涂目标的三维模型，利用测量的三维形貌与三维模型完成喷涂机器人路径规划，并进行喷涂过程闭环在线检测与反馈。该机器人通过直接对喷涂目标进行三维形貌测量，三维实体建模，避免了通常的喷涂机器人现场示教等流程，适应性强，生产效率高，能高效准确地进行喷涂机器人路径规划，喷涂质量好，且能及时发现喷涂过程中的问题，显著提升喷涂质量与喷涂效率，具有很高的经济价值。

主权项

基于喷涂目标三维成像技术的全流程闭环智能喷涂机器人，其特征在于，包括控制箱，机械手，三维形貌仪以及计算机；三维形貌仪的输出端与计算机的输入端连接，计算机的输出端与控制箱的输入端连接，控制箱的输出端与机械手连接；三维形貌仪用于对喷涂目标进行三维形貌测量，获得喷涂目标的三维数据点云；计算机用于接收并处理三维形貌仪获得的三维数据点云，获得喷涂机器人各关节的运动轨迹并利用机器人语言生成用户工作程序；控制箱用于自动逐条读取命令与数据，生成各种控制信号；机械手按照用户工作程序执行喷涂过程；所述喷涂机器人实现喷涂作业包括以下步骤：（1）获取喷涂目标三维形貌数据；借助三维形貌仪对喷涂目标进行三维形貌测量，获取喷涂目标的三维数据点云，实现实物模型数字化；（2）重构喷涂目标的三维实体模型；首先在计算机上将三维形貌仪测得的三维数据点云运用粒子群算法进行三角网格划分，将获得的数据进行预处理后，获得点云数据；再通过插值、逼近拟合成样条曲线或参数曲线，运用造型软件工具完成曲面片造型；然后通过曲面编辑，得到喷涂目标完整曲面模型；最后运用曲面重构技术，获得喷涂目标的三维CAD模型；（3）基于几何拓扑的曲面分片与喷涂路径在线自主规划；首先在计算机上对喷涂目标的三维CAD模型进行三角网格化，生成多个三角面片；计算出每个三角面片的法向量；按照相邻三角面片之间的法向量夹角不超过设定阈值的连接规则生成单连通近似平面片后，对每一个单连通近似平面片进行处理，得到平滑且保持原有特性的曲面；然后按照每一个单连通近似平面片上不同的路径模式和喷枪走向建立喷枪路径的评价函数，并以评价函数值最大为优化目标，选出最佳的路径模式和喷枪走向，再使用边界盒子法生成该面片的喷枪轨迹；最后运用群体智能优化算法得到整个喷涂目标中所有面片之间的路径规划；（4）喷涂过程实施；根据喷涂机器人逆运动学原理，在计算机上将生成的路径规划转换为喷涂机器人各关节的运动轨迹，并进行分析仿真，然后利用机器人语言命令进行用户工作程序的编辑；实施喷涂时，控制箱自动逐条取出命令和数据，生成各种控制信号，控制机械手执行喷涂作业；（5）喷涂过程闭环在线检测与反馈；机械手在喷涂过程中，通过六维力传感器和三维形貌仪在线实时监控机械手的六维空间位姿，对喷涂目标的喷涂表面质量进行图像采集，借助计算处理获得喷涂效果，反馈给控制箱控制机械手执行喷涂作业的修补。