專利名稱：一種工業(yè)機(jī)器人綜合控制平臺(tái)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種工業(yè)機(jī)器人的綜合控制平臺(tái)及其控制方法，特別是一種噴涂機(jī)器人綜合控制的平臺(tái)及其控制方法。
背景技術(shù)：
自20世紀(jì)60年代初人類創(chuàng)造第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人以來(lái)，在短短40多年的時(shí)間中， 機(jī)器人技術(shù)得到迅速發(fā)展，在我國(guó)，工業(yè)機(jī)器人的最初應(yīng)用是在汽車和工程機(jī)械行業(yè)，主要 用于汽車及工程機(jī)械的噴涂及焊接；對(duì)于噴涂產(chǎn)品，其表面的噴涂效果的好壞對(duì)質(zhì)量有非 常大的影響，噴涂作業(yè)中采用噴涂機(jī)器人，可以明顯提高噴涂質(zhì)量和材料使用率，仿形噴涂 軌跡精確，提高涂膜的均勻性，降低噴涂量和清洗溶劑的用量，提高材料利用率，并提高勞 動(dòng)生產(chǎn)效率，避免了過(guò)去人工噴涂時(shí)人接觸有毒性的涂料而造成急性或慢性中毒，因此，噴 涂機(jī)器人在制造業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越得到人們的重視。早期的噴涂機(jī)器人是“示教再現(xiàn)”型的，即由操作人員“手把手”地直接握住安裝 在機(jī)器人腕部的噴槍，操作一次噴涂全過(guò)程，機(jī)器人控制器記憶示教操作順序，在作業(yè)中重 復(fù)再現(xiàn)操作動(dòng)作，這種編程不但繁瑣，而且需要先有樣品才能示教；現(xiàn)有的工業(yè)機(jī)器人控制 系統(tǒng)一般功能單一，不具備綜合化的控制系統(tǒng)，尤其是在噴涂機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域，更是缺少專 門的系統(tǒng)平臺(tái)，因此，開(kāi)發(fā)一種基于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，使得噴涂效果最優(yōu)的噴涂機(jī)器人綜合控 制平臺(tái)已迫在眉睫。隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展，建立實(shí)際物體及周圍環(huán)境的模型變得非常方便，噴涂 作業(yè)中的工件一般都是自由面，對(duì)這種表面的造型有多種方法=Bezier法，Coon/Ferguson 法，B樣條法，NUB (非均勻B樣條)法，NURB (非均勻有理B樣條)法及它們之間的任意組 合，獲得實(shí)際物體模型的方法有多種，除了通過(guò)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)直接造型外，還可以通過(guò)接口 讀取其他CAD系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，或者通過(guò)掃描實(shí)物來(lái)獲得模型數(shù)據(jù)。在國(guó)內(nèi)，有大學(xué)開(kāi)發(fā)了機(jī)器人離線編程系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上研制了 HOLPS系統(tǒng)，該 系統(tǒng)包括機(jī)器人語(yǔ)言處理模塊、運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)劃模塊、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真模塊、通信模塊和主模 塊；清華大學(xué)研制的ROBSMl仿真系統(tǒng)可對(duì)PUMA560及類似結(jié)構(gòu)的機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng) 力學(xué)規(guī)劃，并在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了 R0BSM2系統(tǒng)，它使用SVAL語(yǔ)言作為輸入，增加了三維圖形 輸出和碰撞檢查及傳感器仿真、典型動(dòng)作和典型任務(wù)的仿真；雖然目前對(duì)噴涂機(jī)器人離線 編程系統(tǒng)的研究已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，但由于噴涂效果受多種因素的影響，如工件表面 形狀的復(fù)雜程度、噴槍的位置、方向及其離工件表面的距離、油漆的粘滯性、揮發(fā)性、環(huán)境溫 度、大氣壓、空氣濕度等等，因而如何找出更加精確的油漆空間分布數(shù)學(xué)模型，以及提出更 好的軌跡優(yōu)化方法，仍然是今后有待進(jìn)一步探討的領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明平臺(tái)的目的在于考慮上述問(wèn)題而提供了一種功能完善，通用性強(qiáng)的工業(yè)機(jī) 器人綜合控制平臺(tái)，本發(fā)明還包括工業(yè)機(jī)器人綜合控制平臺(tái)的控制方法；
本發(fā)明包括如下技術(shù)特征一種工業(yè)機(jī)器人綜合控制平臺(tái)，包括依次連接的物體 造型模塊、參數(shù)設(shè)置模塊、噴槍軌跡生成模塊、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡生成模塊、分析與顯示模塊、 作業(yè)指令生成模塊和通信與接口模塊；所述平臺(tái)還包括人機(jī)交互模塊和數(shù)據(jù)庫(kù)模塊； 所述人機(jī)交互模塊用于對(duì)整個(gè)平臺(tái)進(jìn)行人機(jī)操作，實(shí)現(xiàn)所需各種參數(shù)的輸入和對(duì) 其它各個(gè)模塊的控制；所述人機(jī)交互模塊分別與物體造型模塊、參數(shù)設(shè)置模塊、噴槍軌跡生 成模塊、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡生成模塊、分析與顯示模塊、作業(yè)指令生成模塊和通信與接口模塊 連接；所述人機(jī)交互模塊還與數(shù)據(jù)庫(kù)模塊連接。所述數(shù)據(jù)庫(kù)模塊用于對(duì)平臺(tái)運(yùn)行過(guò)程模型數(shù)據(jù)和噴涂信息數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理；所 述數(shù)據(jù)庫(kù)模塊分別與物體造型模塊、參數(shù)設(shè)置模塊、噴槍軌跡生成模塊、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡生 成模塊、分析與顯示模塊、作業(yè)指令生成模塊和通信與接口模塊連接；所述物體造型模塊采用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)原理對(duì)物體進(jìn)行三維造型，獲得噴涂工件的 三維數(shù)據(jù)模型，或者通過(guò)通信與接口模塊讀取其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，或者通過(guò)掃描實(shí)物來(lái)獲得 噴涂工件的模型數(shù)據(jù)；所述參數(shù)設(shè)置模塊用于設(shè)定機(jī)器人模型參數(shù)、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃插值方法，噴 涂參數(shù)、噴槍的開(kāi)口角、噴射距離、要求的涂層厚度、噴涂時(shí)間等參數(shù)，在系統(tǒng)運(yùn)行和軌跡規(guī) 劃的過(guò)程中，用戶可以通過(guò)該模塊設(shè)置機(jī)器人模型數(shù)據(jù)和插值的方法，然后將這些參數(shù)存 入數(shù)據(jù)庫(kù)；所述人機(jī)交互模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)平臺(tái)的操作，在噴涂機(jī)器人可視化仿真過(guò)程中，實(shí) 現(xiàn)所需各種參數(shù)的輸入和對(duì)其它各個(gè)模塊的控制；所述數(shù)據(jù)庫(kù)模塊實(shí)現(xiàn)模型數(shù)據(jù)和噴涂信息數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理，系統(tǒng)在獲得噴涂工 件數(shù)據(jù)和機(jī)器人模型數(shù)據(jù)后，自動(dòng)將這些數(shù)據(jù)存入到相應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)中；系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中生成 的數(shù)據(jù)也會(huì)自動(dòng)存入相應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)中；通過(guò)人機(jī)交互界面實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中不同子模塊的管 理；所述噴槍軌跡生成模塊實(shí)現(xiàn)最佳機(jī)器人噴槍軌跡的自動(dòng)生成，在對(duì)噴槍軌跡完成 建模后，調(diào)取噴涂工件造型數(shù)據(jù)，建立噴涂過(guò)程中油漆厚度生長(zhǎng)模型和評(píng)價(jià)噴涂效果好壞 的目標(biāo)泛函，并設(shè)計(jì)算法求取目標(biāo)泛函的極小值，進(jìn)而得到噴槍運(yùn)動(dòng)軌跡，并將生成的噴槍 軌跡予以修正，以保證所有軌跡點(diǎn)都滿足約束條件，最終生成一條使噴涂效果最佳的噴槍 軌跡，軌跡數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)；所述機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡生成模塊針對(duì)噴槍軌跡生成模塊生成的最優(yōu)噴槍軌跡，系統(tǒng) 根據(jù)機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)學(xué)原理求解機(jī)器人的關(guān)節(jié)軌跡和關(guān)節(jié)力矩，得到機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡；再根 據(jù)用戶對(duì)噴涂參數(shù)的設(shè)置，經(jīng)分析和仿真后，對(duì)該軌跡進(jìn)行優(yōu)化，最終得到滿足噴涂要求的 機(jī)器運(yùn)動(dòng)軌跡，然后把關(guān)節(jié)軌跡數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)，從而為分析顯示模塊提供機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌 跡數(shù)據(jù)；所述分析與顯示模塊包括噴涂空間的三維模型顯示、噴涂機(jī)器人三維動(dòng)態(tài)顯示及 噴涂過(guò)程中機(jī)器人運(yùn)動(dòng)情況和噴涂效果的顯示、關(guān)節(jié)變量的曲線的顯示、噴涂時(shí)間的顯示， 系統(tǒng)根據(jù)其它各模塊傳來(lái)的三維數(shù)據(jù)，圖形化顯示噴槍沿規(guī)劃路徑噴涂時(shí)工件表面的涂覆 情況，并以列表形式給出工件表面上漆膜的平均厚度及其偏差數(shù)據(jù)，系統(tǒng)還可以實(shí)時(shí)顯示 噴涂過(guò)程中噴涂機(jī)器人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，在此過(guò)程中用戶可以檢查機(jī)器人各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)是否滿足其約束條件，是否發(fā)生機(jī)器人碰撞工件等情況，用戶通過(guò)仿真，不斷調(diào)整參數(shù)，最終得到使 噴涂效果最優(yōu)的噴槍軌跡；所述作業(yè)指令生成模塊主要完成機(jī)器人作業(yè)指令文件的生成，通過(guò)從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀 取機(jī)器人關(guān)節(jié)軌跡數(shù)據(jù)，生成關(guān)節(jié)脈沖，再根據(jù)人機(jī)交互模塊選取的機(jī)器人類型，自動(dòng)找到 與該型號(hào)機(jī)器人相匹配的代碼生成模塊，生成機(jī)器人工作文件并保存；如果是用戶新添加 的機(jī)器人型號(hào)，該模塊還可以自動(dòng)調(diào)取新添加的與該機(jī)器人型號(hào)對(duì)應(yīng)的程序轉(zhuǎn)化模塊，完 成代碼文件的自動(dòng)生成；所述通信與接口模塊，主要用于噴涂任務(wù)數(shù)據(jù)的導(dǎo)入和作業(yè)文件的上傳下載，從 而實(shí)現(xiàn)平臺(tái)內(nèi)部與外部之間信息的傳輸和交換；本發(fā)明還涉及一種工業(yè)機(jī)器人綜合控制平臺(tái)的控制方法，包括如下步驟步驟1 確定噴涂對(duì)象，即噴涂機(jī)器人在開(kāi)始噴涂作業(yè)前，用戶先給定噴涂的工件 類型；步驟2 獲取噴涂工件數(shù)據(jù)，系統(tǒng)通過(guò)物體造型模塊，應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)原理對(duì)噴 涂工件進(jìn)行三維造型，并將造型后的三維模型數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)中；系統(tǒng)還可以通過(guò)通信與 接口模塊直接把外部數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)的工件數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過(guò)來(lái)或通過(guò)掃描直接獲得噴涂工件數(shù)據(jù)， 存入噴涂任務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)，為噴槍軌跡生成模塊提供工件數(shù)據(jù)信息，如果噴涂任務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)中已 經(jīng)存在該噴涂工件的數(shù)據(jù)信息，則直接執(zhí)行步驟3 ；步驟3 設(shè)置噴槍參數(shù)，用戶可以通過(guò)人機(jī)交互界面設(shè)置噴槍參數(shù)，包括噴槍的開(kāi)口角、氣流速率通量、噴射距離、要求的涂層厚度、允許偏差、噴槍走向、噴涂時(shí)間等參數(shù)，如 果用戶沒(méi)有設(shè)置這些參數(shù)，系統(tǒng)會(huì)采用默認(rèn)值進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真；步驟4 完成以上步驟后，用戶可以通過(guò)更改工件的位置坐標(biāo)，將的噴涂工件移動(dòng) 到噴槍運(yùn)動(dòng)路徑范圍內(nèi)，以便機(jī)器人能正常完成噴涂任務(wù)；步驟5 選擇機(jī)器人模型和插值的方法，確定噴涂任務(wù)以后，用戶可以通過(guò)人機(jī)交 互界面直接調(diào)用與實(shí)際操作相符的機(jī)器人模型，或者通過(guò)控制菜單修改機(jī)器人相關(guān)的物理 參數(shù)，用戶還可以根據(jù)實(shí)際需要，重新輸入機(jī)器人模型數(shù)據(jù)；步驟6 添加語(yǔ)言轉(zhuǎn)換程序，如果用戶在步驟5中因?qū)嶋H系統(tǒng)需要導(dǎo)入了新的機(jī)器 人模型，用戶就可以輸入新的與該模型對(duì)應(yīng)的語(yǔ)言轉(zhuǎn)化程序，可以將系統(tǒng)生成的作業(yè)指令 文件轉(zhuǎn)化成機(jī)器人可識(shí)別的作業(yè)指令；步驟7 給定噴涂任務(wù)，初始化工作完成以后，用戶通過(guò)人機(jī)交互模塊的控制菜 單，選擇單關(guān)節(jié)噴涂，并進(jìn)一步選擇哪一個(gè)關(guān)節(jié)進(jìn)行噴涂，或選擇多關(guān)節(jié)噴涂，選定噴涂任 務(wù)以后，機(jī)器人開(kāi)始噴涂；步驟8 首先生成噴槍軌跡，系統(tǒng)根據(jù)以上步驟確定的機(jī)器人模型和噴涂參數(shù)，建 立噴涂過(guò)程中的漆膜厚度生長(zhǎng)模型，再以漆膜厚度的方差作為目標(biāo)建立目標(biāo)泛函，由具體 的算法求取目標(biāo)泛函的極值，從而生成一條噴槍軌跡；步驟9 生成機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡，系統(tǒng)利用步驟7生成的噴槍軌跡，根據(jù)逆運(yùn)動(dòng)學(xué)原 理，求解機(jī)器人各關(guān)節(jié)變量，再利用不同的插值方法對(duì)機(jī)器人各關(guān)節(jié)變量進(jìn)行插值運(yùn)算，確 定機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)軌跡，并保證其速度和加速度的連續(xù)性，從而為分析與仿真模塊 提供機(jī)器人運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)；步驟10 噴涂過(guò)程的可視化仿真，系統(tǒng)根據(jù)以上各步驟生成的噴槍軌跡數(shù)據(jù)和機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)，進(jìn)行可視化仿真，用戶通過(guò)三維仿真平臺(tái)可以實(shí)時(shí)觀察噴涂過(guò)程，查看 噴涂結(jié)果，如果運(yùn)行過(guò)程中，噴涂效果滿足要求，則將生成的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡相關(guān)數(shù)據(jù)存入 數(shù)據(jù)庫(kù)，否則，返回步驟3，重新設(shè)置噴槍參數(shù)，選擇插值方法；用戶還可以通過(guò)關(guān)節(jié)軌跡顯 示模塊查看仿真過(guò)程中機(jī)器人的各關(guān)節(jié)位置，速度，加速度的實(shí)時(shí)曲線和噴涂時(shí)間，漆膜厚 度方差等測(cè)評(píng)噴涂效果好壞的參數(shù)，用戶也可以通過(guò)人機(jī)交互界面觀察噴涂過(guò)程中是否發(fā) 生機(jī)器人碰撞工件；步驟11 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡的存儲(chǔ)，用戶通過(guò)反復(fù)調(diào)整噴涂參數(shù)，路徑，進(jìn)行仿真， 通過(guò)分析判斷，最終生成使噴涂效果最佳的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡，系統(tǒng)將機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù) 存入相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)；步驟12 生成機(jī)器人作業(yè)指令，為實(shí)際操作方便，系統(tǒng)需要將保存在機(jī)器人運(yùn)動(dòng) 軌跡數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成機(jī)器人可識(shí)別的文件代碼；步驟13 機(jī)器人作業(yè)指令文件傳輸，用戶通過(guò)控制菜單，選擇要傳輸?shù)淖鳂I(yè)文件， 系統(tǒng)會(huì)通過(guò)自動(dòng)調(diào)用接口驅(qū)動(dòng)程序驅(qū)動(dòng)，將生成的機(jī)器人作業(yè)指令文件傳輸?shù)綄?shí)際操作系 統(tǒng)機(jī)器人的控制器；與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的突出特點(diǎn)是精確、快速，由于該平臺(tái)可以通過(guò)仿真環(huán)境 對(duì)實(shí)際的噴涂機(jī)器人噴涂過(guò)程進(jìn)行三維可視化仿真，用戶通過(guò)虛擬仿真，可以直接分析噴 涂效果，從而選擇滿足技術(shù)指標(biāo)的參數(shù)，選擇最優(yōu)噴涂軌跡，最大限度的減少了機(jī)器人的在 線調(diào)試時(shí)間，不但縮短了機(jī)器人程序開(kāi)發(fā)周期，而且提高了系統(tǒng)的噴涂精度，同時(shí)系統(tǒng)編程 是離線進(jìn)行的，不占用機(jī)器人的工作時(shí)間，可以明顯提高材料的利用率，降低生產(chǎn)成本，提 高生產(chǎn)率；相對(duì)于現(xiàn)有的噴涂機(jī)器人離線編程系統(tǒng)，本發(fā)明系統(tǒng)的突出特點(diǎn)是功能完善，由 于該平臺(tái)可以對(duì)多種型號(hào)的機(jī)器人進(jìn)行離線編程，生成不同語(yǔ)言的作業(yè)文件，對(duì)同一種型 號(hào)的機(jī)器人又提供了不同的軌跡規(guī)劃方法和插值方法，并可以通過(guò)綜合化的性能評(píng)估系統(tǒng) 對(duì)各種插值方法所產(chǎn)生的噴涂效果，能量消耗，噴涂時(shí)間進(jìn)行比較；本發(fā)明的另一個(gè)重要優(yōu) 點(diǎn)是簡(jiǎn)單易用，通用性強(qiáng)，由于該系統(tǒng)提供了多種機(jī)器人模型，用戶可以直接通過(guò)控制菜單 對(duì)仿真環(huán)境進(jìn)行選擇、修改和控制，即使一個(gè)沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)的操作者也能很快學(xué)會(huì)操作機(jī)器人 去完成任務(wù)，這就降低了對(duì)編程者技術(shù)水平的要求；另外，用戶不但可以對(duì)系統(tǒng)提供的機(jī)器 人模型進(jìn)行離線編程，還可以根據(jù)自己的需要不斷添加新的需要的機(jī)器人類型和與之對(duì)應(yīng) 的語(yǔ)言轉(zhuǎn)化模塊。綜上所述，本發(fā)明平臺(tái)提供了一種嶄新的人機(jī)交互環(huán)境，用戶通過(guò)在平臺(tái) 上的虛擬操作，可以實(shí)時(shí)觀察噴涂作業(yè)的整個(gè)過(guò)程，分析噴涂效果，從而選擇滿足技術(shù)指標(biāo) 的機(jī)器人型號(hào)及參數(shù)，更縮短了機(jī)器人程序的開(kāi)發(fā)周期、縮短編程時(shí)間，提高系統(tǒng)的噴涂精 度，是一種經(jīng)濟(jì)效益高，易被用戶接受的平臺(tái)。


圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2為本發(fā)明的系統(tǒng)流程3為本發(fā)明的系統(tǒng)模塊關(guān)系圖
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述 的實(shí)施例；如圖1所示，本實(shí)施例所涉及到的組成部分有莫托曼機(jī)器人(以下稱為M0T0MAN 機(jī)器人)及其控制器，本發(fā)明工業(yè)機(jī)器人綜合控制平臺(tái)，通信電纜等；本實(shí)施例中的工業(yè)機(jī)器人綜合控制平臺(tái)包括九個(gè)功能模塊物體造型模塊、參數(shù) 設(shè)置模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)模塊、噴槍軌跡生成模塊、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡生成模塊、人機(jī)交互模塊、分析 與顯示模塊、作業(yè)指令生成模塊、通信與接口模塊；其中物體造型模塊完成半球形噴涂工件的三維造型，并將造型后的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù) 庫(kù)；參數(shù)設(shè)置模塊用于完成M0T0MAN機(jī)器人相關(guān)參數(shù)設(shè)置；數(shù)據(jù)庫(kù)模塊用于存儲(chǔ)M0T0MAN 機(jī)器人模型數(shù)據(jù)，噴涂任務(wù)數(shù)據(jù)、最優(yōu)噴槍軌跡數(shù)據(jù)，M0T0MAN機(jī)器人關(guān)節(jié)軌跡數(shù)據(jù)和關(guān)節(jié) 力矩?cái)?shù)據(jù)等；噴槍軌跡生成模塊完成滿足約束條件的最優(yōu)噴槍軌跡生成；機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡 生成模塊，利用運(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)力學(xué)原理，計(jì)算M0T0MAN機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)變量并利用插值的方法 完成機(jī)器人關(guān)節(jié)軌跡的生成；人機(jī)交互模塊，M0T0MAN機(jī)器人運(yùn)行過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)所需各種參 數(shù)的輸入和對(duì)其它各個(gè)模塊的控制；分析與顯示模塊，實(shí)現(xiàn)M0T0MAN機(jī)器人噴涂仿真過(guò)程 顯示及圖形化顯示各個(gè)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)軌跡和速度加速度曲線，完成噴涂效果分析；作業(yè)指令生 成模塊，實(shí)現(xiàn)M0T0MAN機(jī)器人可識(shí)別作業(yè)指令文件的生成；通信與接口模塊，實(shí)現(xiàn)噴涂任務(wù) 數(shù)據(jù)的導(dǎo)入和M0T0MAN機(jī)器人作業(yè)指令文件的傳輸，為實(shí)際的M0T0MAN機(jī)器人操作提供便 捷；本實(shí)例所述的物體造型模塊，主要采用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)原理，對(duì)噴涂工件的半球形 表面進(jìn)行物理造型，并將造型后的三維數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中，為其他各模塊提供噴涂工件 數(shù)據(jù)；所述的參數(shù)設(shè)置模塊，主要用于設(shè)定機(jī)器人相關(guān)參數(shù)、噴涂參數(shù)、噴槍的開(kāi)口角、 噴射距離、要求的涂層厚度、噴涂時(shí)間等參數(shù)，然后將這些參數(shù)傳送到噴槍軌跡生成模塊； 本實(shí)例中選用的是M0T0MAN機(jī)器人，則其相關(guān)的各關(guān)節(jié)參數(shù)已經(jīng)確定，用戶要做的就是設(shè) 定M0T0MAN機(jī)器人噴涂時(shí)間、噴槍的開(kāi)口角、噴涂距離以及要求的涂層厚度等參數(shù)的設(shè)置；所述的數(shù)據(jù)庫(kù)模塊，主要用于存儲(chǔ)M0T0MAN機(jī)器人模型數(shù)據(jù)、半球形噴涂工件模 型數(shù)據(jù)、參數(shù)設(shè)置模塊的噴槍設(shè)置參數(shù)、噴涂任務(wù)設(shè)置參數(shù)以及噴槍軌跡生成模塊生成的 噴槍軌跡數(shù)據(jù)、M0T0MAN機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡生成模塊生成的機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)變量和關(guān)節(jié)軌跡 數(shù)據(jù)；所述噴槍軌跡生成模塊，主要實(shí)現(xiàn)噴槍軌跡的自動(dòng)生成，系統(tǒng)在對(duì)噴槍軌跡完成 建模后，調(diào)取噴涂工件的CAD造型數(shù)據(jù)，建立噴涂過(guò)程中油漆厚度生長(zhǎng)模型和評(píng)價(jià)噴涂效 果好壞的目標(biāo)泛函，并設(shè)計(jì)算法求取目標(biāo)泛函的極小值，進(jìn)而得到噴槍運(yùn)動(dòng)軌跡，并將生成 的噴槍軌跡予以修正，以保證所有軌跡點(diǎn)都滿足約束條件，最終生成一條使噴涂效果最佳 的噴槍軌跡，然后把軌跡數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)；所述的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡生成模塊，利用噴槍軌跡生成模塊生成的噴槍軌跡，抽取 定量特征點(diǎn)的噴槍軌跡數(shù)據(jù)，運(yùn)用逆運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)原理，求解特征點(diǎn)對(duì)應(yīng)的M0T0MAN機(jī) 器人各關(guān)節(jié)變量，通過(guò)人機(jī)交互模塊的控制菜單選擇插值方法，從而求得機(jī)器人各關(guān)節(jié)軌 跡，本實(shí)施例選擇的插值方法是三次多項(xiàng)式插值，通過(guò)插值計(jì)算，得到M0T0MAN機(jī)器人的各 個(gè)關(guān)節(jié)軌跡，從而為噴涂機(jī)器人的動(dòng)態(tài)仿真提供了機(jī)器人關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)；
所述的人機(jī)交互模塊，是用戶管理整個(gè)系統(tǒng)的控制面板，包括機(jī)器人模型的選擇、 插值方法的確定、噴涂工件數(shù)據(jù)及噴涂參數(shù)的設(shè)置和修改等，在本實(shí)施例中，用戶通過(guò)該模 塊選擇的機(jī)器人模型是M0T0MAN機(jī)器人，插值的方法是三次樣條插值；對(duì)用戶沒(méi)有修改的 參數(shù)采用系統(tǒng)默認(rèn)值；用戶還可以通過(guò)該模塊控制其它各個(gè)模塊的運(yùn)行，通過(guò)該模塊，用戶 還可以隨時(shí)查看關(guān)節(jié)變量曲線；所述的分析與顯示模塊，主要實(shí)現(xiàn)噴涂過(guò)程的動(dòng)態(tài)仿真，系統(tǒng)利用機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌 跡生成模塊生成的M0T0MAN機(jī)器人關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)軌跡，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人噴涂過(guò)程的實(shí)時(shí)仿真，通過(guò) 仿真，用戶可以實(shí)時(shí)查看噴涂機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是否平穩(wěn)，關(guān)節(jié)變量曲線是否平滑、連續(xù)以 及噴涂效果、噴涂時(shí)間是否滿意等，如果機(jī)器人運(yùn)動(dòng)不平穩(wěn)或噴涂效果不理想，用戶可以通 過(guò)人機(jī)交互界面的控制菜單，調(diào)整噴涂參數(shù)，修改插值方法或通過(guò)增加滿足約束的特征點(diǎn)， 對(duì)噴涂機(jī)器人重新進(jìn)行分析、仿真，最終獲得滿足噴涂效果的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡，并將運(yùn)動(dòng)軌 跡數(shù)據(jù)，噴槍軌跡數(shù)據(jù)及相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)中，為作業(yè)指令生成模塊提供數(shù)據(jù)；所述的作業(yè)指令生成模塊，主要實(shí)現(xiàn)M0T0MAN機(jī)器人可識(shí)別作業(yè)指令的生成，用 戶首先從數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)取機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)，通過(guò)關(guān)節(jié)脈沖模塊生成相應(yīng)的關(guān)節(jié)脈沖，再 利用系統(tǒng)的程序轉(zhuǎn)化模塊，將關(guān)節(jié)脈沖轉(zhuǎn)換成M0T0MAN機(jī)器人可識(shí)別的作業(yè)指令文件；所述的通信與接口模塊，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)軟件和硬件的連接，完成噴涂工件數(shù)據(jù)的導(dǎo)入 和作業(yè)指令文件的傳輸，在本實(shí)施例中，用戶可以通過(guò)人機(jī)交互模塊的控制菜單管理文件 的上傳下載，接到命令，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)用接口驅(qū)動(dòng)程序，讀取外部數(shù)據(jù)庫(kù)中的噴涂任務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù) 或系統(tǒng)通過(guò)通信接口驅(qū)動(dòng)程序，按照M0T0MAN機(jī)器人通信協(xié)議，將系統(tǒng)生成的作業(yè)指令文 件從下載到機(jī)器人實(shí)際操作系統(tǒng)的控制器中，為實(shí)際噴涂操作提供便捷；上述結(jié)構(gòu)在本發(fā)明實(shí)施例中使用時(shí)，按照以下步驟進(jìn)行步驟1 確定噴涂對(duì)象，即噴涂機(jī)器人在開(kāi)始噴涂作業(yè)前，用戶先給定噴涂的工件 類型，本實(shí)施例中的噴涂工件是一個(gè)半球形物體；步驟2 獲取噴涂工件數(shù)據(jù)，系統(tǒng)通過(guò)物體造型模塊，應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)原理對(duì)噴 涂工件進(jìn)行三維造型，并將造型后的三維模型數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)中；系統(tǒng)還可以通過(guò)通信與 接口模塊直接把外部數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)的工件數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過(guò)來(lái)或通過(guò)掃描直接獲得噴涂工件數(shù)據(jù)， 存入噴涂任務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)，為噴槍軌跡生成模塊提供工件數(shù)據(jù)信息，如果噴涂任務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)中已 經(jīng)存在該噴涂工件的數(shù)據(jù)信息，則直接執(zhí)行步驟3，在本實(shí)施例中，系統(tǒng)要對(duì)半球形的噴涂 工件進(jìn)行物體造型，用戶通過(guò)人機(jī)交互模塊的控制菜單，選擇“獲取噴涂任務(wù)”菜單，選擇造 型方法，系統(tǒng)通過(guò)物體造型模塊將半球形的噴涂工件造型，并將造型后的三維數(shù)據(jù)模型存 入數(shù)據(jù)庫(kù)；步驟3 設(shè)置噴槍參數(shù)，用戶可以通過(guò)人機(jī)交互界面設(shè)置噴槍參數(shù)，包括噴槍的開(kāi) 口角、氣流速率通量、噴射距離、要求的涂層厚度、允許偏差、噴槍走向、噴涂時(shí)間等參數(shù)，如 果用戶沒(méi)有設(shè)置這些參數(shù)，系統(tǒng)會(huì)采用默認(rèn)值進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真；步驟4 完成以上步驟后，用戶可以通過(guò)更改半球形工件的位置坐標(biāo)，將半球形的 噴涂工件移動(dòng)到噴槍運(yùn)動(dòng)路徑范圍內(nèi)，以便機(jī)器人能正常完成噴涂任務(wù)；步驟5 選擇機(jī)器人模型和插值的方法，確定噴涂任務(wù)以后，用戶可以通過(guò)人機(jī)交 互界面直接調(diào)用與實(shí)際操作相符的機(jī)器人模型，或者通過(guò)控制菜單修改機(jī)器人相關(guān)的物理 參數(shù)，用戶還可以根據(jù)實(shí)際需要，重新輸入機(jī)器人模型數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)預(yù)先給定的幾種常用機(jī)器人模型有PUMA560機(jī)器人、M0T0MAN機(jī)器人、斯坦福機(jī)器人等，系統(tǒng)還提供了多種不同的 插值方法，如三次多項(xiàng)式插值、五次多項(xiàng)式、三階B樣條插值、用拋物線過(guò)渡的線性插值，本 實(shí)施例選用的是M0T0MAN機(jī)器人，用戶通過(guò)控制菜單點(diǎn)擊“獲取機(jī)器人模型”按鈕，再由彈 出的子菜單選擇M0T0MAN機(jī)器人模型，用戶通過(guò)點(diǎn)擊“選擇插值方法”按鈕，選擇三次多項(xiàng) 式插值，系統(tǒng)對(duì)用戶沒(méi)有修改的參數(shù)，選用默認(rèn)值；步驟6 添加語(yǔ)言轉(zhuǎn)換程序，如果用戶在步驟5中因?qū)嶋H系統(tǒng)需要導(dǎo)入了新的機(jī)器 人模型，用戶就可以輸入新的與該模型對(duì)應(yīng)的語(yǔ)言轉(zhuǎn)化程序，可以將系統(tǒng)生成的作業(yè)指令 文件轉(zhuǎn)化成機(jī)器人可識(shí)別的作業(yè)指令，在本實(shí)施例中，不需要添加語(yǔ)言轉(zhuǎn)換程序；步驟7 給定噴涂任務(wù)，初始化工作完成以后，用戶通過(guò)人機(jī)交互模塊的控制菜 單，單擊“噴涂任務(wù)”按鈕，彈出可選擇子菜單，“單關(guān)節(jié)”或“多關(guān)節(jié)”，用戶可以選擇單關(guān) 節(jié)噴涂，并進(jìn)一步選擇哪一個(gè)關(guān)節(jié)進(jìn)行噴涂，也可選擇多關(guān)節(jié)噴涂，選定噴涂任務(wù)以后，點(diǎn) 擊“確定”按鈕，機(jī)器人開(kāi)始噴涂；在本實(shí)施例中，為方便操作，系統(tǒng)默認(rèn)的是多關(guān)節(jié)噴涂，用 戶也可以選擇人機(jī)界面中噴涂任務(wù)的單關(guān)節(jié)噴涂，并從下拉菜單中選擇噴涂關(guān)節(jié)，點(diǎn)擊“確 定”按鈕，機(jī)器人開(kāi)始噴涂；步驟8 首先生成噴槍軌跡，系統(tǒng)根據(jù)以上步驟確定的機(jī)器人模型和噴涂參數(shù)，建 立噴涂過(guò)程中的漆膜厚度生長(zhǎng)模型，再以漆膜厚度的方差作為目標(biāo)建立目標(biāo)泛函，由具體 的算法求取目標(biāo)泛函的極值，從而生成一條噴槍軌跡；步驟9 生成機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡，系統(tǒng)利用步驟7生成的噴槍軌跡，根據(jù)逆運(yùn)動(dòng)學(xué)原 理，求解機(jī)器人各關(guān)節(jié)變量，再利用不同的插值方法對(duì)機(jī)器人各關(guān)節(jié)變量進(jìn)行插值運(yùn)算，確 定機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)軌跡，并保證其速度和加速度的連續(xù)性，從而為分析與仿真模塊 提供機(jī)器人運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)；步驟10 噴涂過(guò)程的可視化仿真，系統(tǒng)根據(jù)以上各步驟生成的噴槍軌跡數(shù)據(jù)和機(jī) 器人運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)，進(jìn)行可視化仿真，用戶通過(guò)三維仿真平臺(tái)可以實(shí)時(shí)觀察噴涂過(guò)程，查看 噴涂結(jié)果，如果運(yùn)行過(guò)程中，M0T0MAN機(jī)器人運(yùn)行平穩(wěn)，噴涂效果滿足要求，則將生成的機(jī)器 人運(yùn)動(dòng)軌跡相關(guān)數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)，否則，返回步驟3，重新設(shè)置噴槍參數(shù)，選擇插值方法；用 戶還可以通過(guò)關(guān)節(jié)軌跡顯示模塊查看仿真過(guò)程中機(jī)器人的各關(guān)節(jié)位置，速度，加速度的實(shí) 時(shí)曲線和噴涂時(shí)間，漆膜厚度方差等測(cè)評(píng)噴涂效果好壞的參數(shù)，用戶也可以通過(guò)人機(jī)交互 界面觀察噴涂過(guò)程中是否發(fā)生機(jī)器人碰撞工件；步驟11 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡的存儲(chǔ)，用戶通過(guò)反復(fù)調(diào)整噴涂參數(shù)，路徑，進(jìn)行仿真， 通過(guò)分析判斷，最終生成使噴涂效果最佳的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡，用戶點(diǎn)擊噴涂控制菜單里的 “保存關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)軌跡”按鈕，系統(tǒng)將機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)存入相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)；步驟12 生成機(jī)器人作業(yè)指令，為實(shí)際操作方便，系統(tǒng)需要將保存在機(jī)器人運(yùn)動(dòng) 軌跡數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成機(jī)器人可識(shí)別的文件代碼，用戶通過(guò)控制菜單里的“機(jī)器人代 碼生成”項(xiàng)，系統(tǒng)通過(guò)脈沖轉(zhuǎn)換程序，將機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成關(guān)節(jié)脈沖，脈沖幅值的 正負(fù)表示關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)的方向，脈沖的密度表示轉(zhuǎn)動(dòng)速度的快慢，脈沖的個(gè)數(shù)表示轉(zhuǎn)動(dòng)角度的 大小，接著，調(diào)用與機(jī)器人型號(hào)對(duì)應(yīng)的作業(yè)指令轉(zhuǎn)化模塊，將關(guān)節(jié)脈沖轉(zhuǎn)化成機(jī)器人作業(yè)文 件，保存在工程默認(rèn)的目錄下；步驟13 機(jī)器人作業(yè)指令文件傳輸，用戶通過(guò)控制菜單，選擇“機(jī)器人作業(yè)文件傳 輸”按鈕，用戶選擇要傳輸?shù)淖鳂I(yè)文件，選擇并點(diǎn)擊“確定”后，系統(tǒng)會(huì)通過(guò)自動(dòng)調(diào)用接口驅(qū)
11動(dòng)程序驅(qū)動(dòng)，將生成的機(jī)器人作業(yè)指令文件傳輸?shù)綄?shí)際操作系統(tǒng)M0T0MAN機(jī)器人的控制器 中，為實(shí)際機(jī)器人操作提供方便，從而縮短生產(chǎn)時(shí)間，提高生產(chǎn)率。
權(quán)利要求
一種工業(yè)機(jī)器人綜合控制平臺(tái)，其特征在于包括依次連接的物體造型模塊、參數(shù)設(shè)置模塊、噴槍軌跡生成模塊、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡生成模塊、分析與顯示模塊、作業(yè)指令生成模塊和通信與接口模塊；所述平臺(tái)還包括人機(jī)交互模塊和數(shù)據(jù)庫(kù)模塊；所述人機(jī)交互模塊用于對(duì)整個(gè)平臺(tái)進(jìn)行人機(jī)操作，實(shí)現(xiàn)所需各種參數(shù)的輸入和對(duì)其它各個(gè)模塊的控制；所述人機(jī)交互模塊分別與物體造型模塊、參數(shù)設(shè)置模塊、噴槍軌跡生成模塊、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡生成模塊、分析與顯示模塊、作業(yè)指令生成模塊和通信與接口模塊連接；所述人機(jī)交互模塊還與數(shù)據(jù)庫(kù)模塊連接；所述數(shù)據(jù)庫(kù)模塊用于對(duì)平臺(tái)運(yùn)行過(guò)程模型數(shù)據(jù)和噴涂信息數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理；所述數(shù)據(jù)庫(kù)模塊分別與物體造型模塊、參數(shù)設(shè)置模塊、噴槍軌跡生成模塊、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡生成模塊、分析與顯示模塊、作業(yè)指令生成模塊和通信與接口模塊連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)機(jī)器人綜合控制平臺(tái)，其特征在于所述物體造型模塊采 用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)原理對(duì)物體進(jìn)行三維造型，獲得噴涂工件的三維數(shù)據(jù)模型，或者通過(guò)通信 與接口模塊讀取其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，或者通過(guò)掃描實(shí)物來(lái)獲得噴涂工件的模型數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)機(jī)器人綜合控制平臺(tái)，其特征在于所述參數(shù)設(shè)置模塊用 于設(shè)定機(jī)器人模型參數(shù)、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃插值方法，噴涂參數(shù)、噴槍的開(kāi)口角、噴射距 離、要求的涂層厚度、噴涂時(shí)間等參數(shù)，在系統(tǒng)運(yùn)行和軌跡規(guī)劃的過(guò)程中，用戶可以通過(guò)該 模塊設(shè)置機(jī)器人模型數(shù)據(jù)和插值的方法，然后將這些參數(shù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)機(jī)器人綜合控制平臺(tái)，其特征在于所述人機(jī)交互模塊實(shí) 現(xiàn)對(duì)整個(gè)平臺(tái)的操作，在噴涂機(jī)器人可視化仿真過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)所需各種參數(shù)的輸入和對(duì)其 它各個(gè)模塊的控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)機(jī)器人綜合控制平臺(tái)，其特征在于所述數(shù)據(jù)庫(kù)模塊實(shí)現(xiàn) 模型數(shù)據(jù)和噴涂信息數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理，系統(tǒng)在獲得噴涂工件數(shù)據(jù)和機(jī)器人模型數(shù)據(jù)后， 自動(dòng)將這些數(shù)據(jù)存入到相應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)中；系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中生成的數(shù)據(jù)也會(huì)自動(dòng)存入相應(yīng)數(shù)據(jù) 庫(kù)中；通過(guò)人機(jī)交互界面實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中不同子模塊的管理。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)機(jī)器人綜合控制平臺(tái)，其特征在于所述噴槍軌跡生成模 塊實(shí)現(xiàn)最佳機(jī)器人噴槍軌跡的自動(dòng)生成，在對(duì)噴槍軌跡完成建模后，調(diào)取噴涂工件造型數(shù) 據(jù)，建立噴涂過(guò)程中油漆厚度生長(zhǎng)模型和評(píng)價(jià)噴涂效果好壞的目標(biāo)泛函，并設(shè)計(jì)算法求取 目標(biāo)泛函的極小值，進(jìn)而得到噴槍運(yùn)動(dòng)軌跡，并將生成的噴槍軌跡予以修正，以保證所有軌 跡點(diǎn)都滿足約束條件，最終生成一條使噴涂效果最佳的噴槍軌跡，軌跡數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)機(jī)器人綜合控制平臺(tái)，其特征在于所述機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡 生成模塊針對(duì)噴槍軌跡生成模塊生成的最優(yōu)噴槍軌跡，系統(tǒng)根據(jù)機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)學(xué)原理求解 機(jī)器人的關(guān)節(jié)軌跡和關(guān)節(jié)力矩，得到機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡；再根據(jù)用戶對(duì)噴涂參數(shù)的設(shè)置，經(jīng)分 析和仿真后，對(duì)該軌跡進(jìn)行優(yōu)化，最終得到滿足噴涂要求的機(jī)器運(yùn)動(dòng)軌跡，然后把關(guān)節(jié)軌跡 數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)，從而為分析顯示模塊提供機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)機(jī)器人綜合控制平臺(tái)，其特征在于所述分析與顯示模塊 包括噴涂空間的三維模型顯示、噴涂機(jī)器人三維動(dòng)態(tài)顯示及噴涂過(guò)程中機(jī)器人運(yùn)動(dòng)情況和 噴涂效果的顯示、關(guān)節(jié)變量的曲線的顯示、噴涂時(shí)間的顯示，系統(tǒng)根據(jù)其它各模塊傳來(lái)的三 維數(shù)據(jù)，圖形化顯示噴槍沿規(guī)劃路徑噴涂時(shí)工件表面的涂覆情況，并以列表形式給出工件表面上漆膜的平均厚度及其偏差數(shù)據(jù)，系統(tǒng)還可以實(shí)時(shí)顯示噴涂過(guò)程中噴涂機(jī)器人運(yùn)動(dòng)狀 態(tài)，在此過(guò)程中用戶可以檢查機(jī)器人各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)是否滿足其約束條件，是否發(fā)生機(jī)器人 碰撞工件等情況，用戶通過(guò)仿真，不斷調(diào)整參數(shù)，最終得到使噴涂效果最優(yōu)的噴槍軌跡。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)機(jī)器人綜合控制平臺(tái)，其特征在于所述作業(yè)指令生成模 塊主要完成機(jī)器人作業(yè)指令文件的生成，通過(guò)從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取機(jī)器人關(guān)節(jié)軌跡數(shù)據(jù)，生成 關(guān)節(jié)脈沖，再根據(jù)人機(jī)交互模塊選取的機(jī)器人類型，自動(dòng)找到與該型號(hào)機(jī)器人相匹配的代 碼生成模塊，生成機(jī)器人工作文件并保存；如果是用戶新添加的機(jī)器人型號(hào)，該模塊還可以 自動(dòng)調(diào)取新添加的與該機(jī)器人型號(hào)對(duì)應(yīng)的程序轉(zhuǎn)化模塊，完成代碼文件的自動(dòng)生成；所述通信與接口模塊，主要用于噴涂任務(wù)數(shù)據(jù)的導(dǎo)入和作業(yè)文件的上傳下載，從而實(shí) 現(xiàn)平臺(tái)內(nèi)部與外部之間信息的傳輸和交換。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述工業(yè)機(jī)器人綜合控制平臺(tái)的控制方法，其特征在于包括如下 步驟步驟1 確定噴涂對(duì)象，即噴涂機(jī)器人在開(kāi)始噴涂作業(yè)前，用戶先給定噴涂的工件類型；步驟2 獲取噴涂工件數(shù)據(jù)，系統(tǒng)通過(guò)物體造型模塊，應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)原理對(duì)噴涂工 件進(jìn)行三維造型，并將造型后的三維模型數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)中；系統(tǒng)還可以通過(guò)通信與接口 模塊直接把外部數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)的工件數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過(guò)來(lái)或通過(guò)掃描直接獲得噴涂工件數(shù)據(jù)，存入 噴涂任務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)，為噴槍軌跡生成模塊提供工件數(shù)據(jù)信息，如果噴涂任務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)中已經(jīng)存 在該噴涂工件的數(shù)據(jù)信息，則直接執(zhí)行步驟3 ；步驟3 設(shè)置噴槍參數(shù)，用戶可以通過(guò)人機(jī)交互界面設(shè)置噴槍參數(shù)，包括噴槍的開(kāi)口 角、氣流速率通量、噴射距離、要求的涂層厚度、允許偏差、噴槍走向、噴涂時(shí)間等參數(shù)，如果 用戶沒(méi)有設(shè)置這些參數(shù)，系統(tǒng)會(huì)采用默認(rèn)值進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真；步驟4:完成以上步驟后，用戶可以通過(guò)更改工件的位置坐標(biāo)，將的噴涂工件移動(dòng)到噴 槍運(yùn)動(dòng)路徑范圍內(nèi)，以便機(jī)器人能正常完成噴涂任務(wù)；步驟5 選擇機(jī)器人模型和插值的方法，確定噴涂任務(wù)以后，用戶可以通過(guò)人機(jī)交互界 面直接調(diào)用與實(shí)際操作相符的機(jī)器人模型，或者通過(guò)控制菜單修改機(jī)器人相關(guān)的物理參 數(shù)，用戶還可以根據(jù)實(shí)際需要，重新輸入機(jī)器人模型數(shù)據(jù)；步驟6 添加語(yǔ)言轉(zhuǎn)換程序，如果用戶在步驟5中因?qū)嶋H系統(tǒng)需要導(dǎo)入了新的機(jī)器人模 型，用戶就可以輸入新的與該模型對(duì)應(yīng)的語(yǔ)言轉(zhuǎn)化程序，可以將系統(tǒng)生成的作業(yè)指令文件 轉(zhuǎn)化成機(jī)器人可識(shí)別的作業(yè)指令；步驟7:給定噴涂任務(wù)，初始化工作完成以后，用戶通過(guò)人機(jī)交互模塊的控制菜單，選 擇單關(guān)節(jié)噴涂，并進(jìn)一步選擇哪一個(gè)關(guān)節(jié)進(jìn)行噴涂，或選擇多關(guān)節(jié)噴涂，選定噴涂任務(wù)以 后，機(jī)器人開(kāi)始噴涂；步驟8:首先生成噴槍軌跡，系統(tǒng)根據(jù)以上步驟確定的機(jī)器人模型和噴涂參數(shù)，建立噴 涂過(guò)程中的漆膜厚度生長(zhǎng)模型，再以漆膜厚度的方差作為目標(biāo)建立目標(biāo)泛函，由具體的算 法求取目標(biāo)泛函的極值，從而生成一條噴槍軌跡；步驟9 生成機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡，系統(tǒng)利用步驟7生成的噴槍軌跡，根據(jù)逆運(yùn)動(dòng)學(xué)原理，求 解機(jī)器人各關(guān)節(jié)變量，再利用不同的插值方法對(duì)機(jī)器人各關(guān)節(jié)變量進(jìn)行插值運(yùn)算，確定機(jī) 器人各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)軌跡，并保證其速度和加速度的連續(xù)性，從而為分析與仿真模塊提供機(jī)器人運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)；步驟10 噴涂過(guò)程的可視化仿真，系統(tǒng)根據(jù)以上各步驟生成的噴槍軌跡數(shù)據(jù)和機(jī)器人 運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)，進(jìn)行可視化仿真，用戶通過(guò)三維仿真平臺(tái)可以實(shí)時(shí)觀察噴涂過(guò)程，查看噴涂 結(jié)果，如果運(yùn)行過(guò)程中，噴涂效果滿足要求，則將生成的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡相關(guān)數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù) 庫(kù)，否則，返回步驟3，重新設(shè)置噴槍參數(shù)，選擇插值方法；用戶還可以通過(guò)關(guān)節(jié)軌跡顯示模 塊查看仿真過(guò)程中機(jī)器人的各關(guān)節(jié)位置，速度，加速度的實(shí)時(shí)曲線和噴涂時(shí)間，漆膜厚度方 差等測(cè)評(píng)噴涂效果好壞的參數(shù)，用戶也可以通過(guò)人機(jī)交互界面觀察噴涂過(guò)程中是否發(fā)生機(jī) 器人碰撞工件；步驟11 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡的存儲(chǔ)，用戶通過(guò)反復(fù)調(diào)整噴涂參數(shù)，路徑，進(jìn)行仿真，通過(guò) 分析判斷，最終生成使噴涂效果最佳的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡，系統(tǒng)將機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)存入 相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)；步驟12 生成機(jī)器人作業(yè)指令，為實(shí)際操作方便，系統(tǒng)需要將保存在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡 數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成機(jī)器人可識(shí)別的文件代碼；步驟13 機(jī)器人作業(yè)指令文件傳輸，用戶通過(guò)控制菜單，選擇要傳輸?shù)淖鳂I(yè)文件，系統(tǒng) 會(huì)通過(guò)自動(dòng)調(diào)用接口驅(qū)動(dòng)程序驅(qū)動(dòng)，將生成的機(jī)器人作業(yè)指令文件傳輸?shù)綄?shí)際操作系統(tǒng)機(jī) 器人的控制器。
全文摘要
本發(fā)明為一種工業(yè)機(jī)器人綜合控制平臺(tái)及其控制方法，包括物體造型模塊、參數(shù)設(shè)置模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)模塊，噴槍軌跡生成模塊、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡生成模塊、人機(jī)交互模塊、分析與顯示模塊、作業(yè)指令生成模塊、通信與接口模塊；本發(fā)明平臺(tái)具有功能完善、通用性強(qiáng)的特點(diǎn)，不但縮短了機(jī)器人程序開(kāi)發(fā)周期，而且提高了系統(tǒng)的噴涂精度，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)率，還可以降低對(duì)操作者技術(shù)水平的要求，經(jīng)濟(jì)效益高，易被用戶接受。
文檔編號(hào)B25J13/00GK101850552SQ20101019135
公開(kāi)日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2010年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月28日
發(fā)明者劉治, 張凱歌, 章云, 蔣海仙 申請(qǐng)人:廣東工業(yè)大學(xué)