本發(fā)明涉及噴涂，特別是指一種噴涂機(jī)器人噴槍及示教方法。

背景技術(shù)：

1、在進(jìn)行牛仔褲等衣物制造的過程中，為了達(dá)到局部漂白等效果，通常需要對(duì)衣物進(jìn)行噴涂處理。衣物噴涂處理的特點(diǎn)是：通常為局部噴涂，噴涂過程中噴槍位姿和噴槍漸變式按壓力度的不同會(huì)產(chǎn)生不同的噴涂效果，得到不同的渲染花紋，進(jìn)而影響衣物成品的美觀性。

2、針對(duì)人工噴涂效率低下的缺點(diǎn)，衣物噴涂開始采用工業(yè)機(jī)器人取代人工。目前噴涂機(jī)器人常用直接編程、拖動(dòng)機(jī)器人示教和手持噴槍示教這三種方式進(jìn)行部署。如果采用直接編程方式，為獲得理想的衣物噴涂效果，需要對(duì)每臺(tái)機(jī)器人的程序進(jìn)行反復(fù)調(diào)試，對(duì)人員要求較高且效率低下；如果采用拖動(dòng)機(jī)器人示教方式，則需要使用專用機(jī)器人及控制器，成本較高，而且操作上不夠靈活；相比較而言，采用手持噴槍示教方式，不僅免編程，而且操作上更靈活，但是需要對(duì)噴槍進(jìn)行改進(jìn)。

3、目前針對(duì)手持示教設(shè)備位姿信息獲取，已有研究人員提出了一些技術(shù)方案，但用于衣物噴涂示教行業(yè)都存在其不足。

4、申請(qǐng)?zhí)枮?02211387771.1的發(fā)明專利“機(jī)器人示教手柄位置信息測(cè)量方法、系統(tǒng)、設(shè)備及介質(zhì)”提出了一種通過連接繩拉力值的方法來得到示教手柄位置信息的方法，該方法雖然通過預(yù)設(shè)參考點(diǎn)的方式降低了連接線出現(xiàn)纏繞或干涉的可能性，但是使用時(shí)仍需要拉緊連接繩，用于衣物噴涂示教時(shí)缺少靈活性。

5、申請(qǐng)?zhí)枮?01910385954.1的發(fā)明專利“一種基于立體視覺的機(jī)器人手持示教裝置及方法”提供了一種基于立體視覺的方案，但是視覺傳感器購(gòu)買和維護(hù)成本高，且不適合用于噴涂這種粉塵較多的場(chǎng)景。

6、申請(qǐng)?zhí)枮?02010302166.4的發(fā)明專利“一種手持工具示教的機(jī)器人示教噴涂方法和裝置”通過慣性測(cè)量單元imu記錄噴槍的位姿，然后采用光柵線陣列組作為輔助傳感器消除imu積分所得位移數(shù)據(jù)的累積誤差。該方案需要安裝巨大的光柵線陣列組，不僅成本高，而且在噴涂場(chǎng)合使用維護(hù)不易。

7、申請(qǐng)?zhí)枮?02110716031.7的發(fā)明專利“一種噴涂機(jī)器人示教器及方法”通過imu采樣數(shù)據(jù)與uwb采樣數(shù)據(jù)融合獲得噴涂過程噴槍位姿。該方案需要部署多個(gè)基站，且在室內(nèi)環(huán)境下只能實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)的定位精度，無法滿足高精度的噴涂需求。

8、申請(qǐng)?zhí)枮?02210549718.0的發(fā)明專利“一種基于位置傳感技術(shù)的噴涂槍及其機(jī)器人便捷編程裝置”設(shè)計(jì)一款基于三個(gè)位置追蹤器的噴槍手柄，理論上能做到毫米級(jí)的定位精度，但是需要間隔3米左右、高度大于2米的兩個(gè)固定支架安裝多個(gè)位置接收器進(jìn)行配合，其安裝、標(biāo)定過程都比較繁瑣。

9、此外，上述技術(shù)方案均沒有考慮到需要漸變式控制涂料吐出量的應(yīng)用場(chǎng)景。針對(duì)這個(gè)問題，僅申請(qǐng)?zhí)枮?02321691669.0的發(fā)明專利“一種噴槍裝置”提出了一種通過壓力傳感器獲取示教噴槍的按壓力度，然后控制氣路開關(guān)閥和油路開關(guān)閥的打開比例來進(jìn)行復(fù)現(xiàn)的方案。這種方案雖然能在一定程度上反映操作者的漸變式噴涂意愿，但由于示教時(shí)按壓噴槍扳機(jī)控制的是噴針的前后移動(dòng)，復(fù)現(xiàn)時(shí)卻采用了另外的控制開關(guān)閥的方式，因而復(fù)現(xiàn)出的衣物噴涂效果無法做到與示教完全相同。

10、基于此，需要提供一種噴涂機(jī)器人噴槍及示教方法，以消除現(xiàn)有技術(shù)存在的弊端。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種噴涂機(jī)器人噴槍及示教方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中使用不便的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種噴涂機(jī)器人噴槍，包括：槍體、手柄、高反射率靶球、伺服電機(jī)、三軸mems傾角傳感器、壓力傳感器、控制器和通信模塊；

4、所述高反射率靶球安裝在槍體上方靠近槍口的位置，其中心點(diǎn)與噴槍槍口保持剛性連接；所述伺服電機(jī)在槍體內(nèi)部，通過連接器與噴槍槍針連接，可帶動(dòng)槍針前后運(yùn)動(dòng)；所述三軸mems傾角傳感器處于手柄上端，與噴槍的姿態(tài)基準(zhǔn)面平行，可實(shí)時(shí)獲取噴槍姿態(tài)數(shù)據(jù)；所述壓力傳感器處于手柄內(nèi)部扳機(jī)按壓處，可實(shí)時(shí)獲取扳機(jī)扣壓時(shí)的壓力數(shù)據(jù)；所述控制器和通信模塊安裝在手柄內(nèi)部。

5、在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還提供以下可選技術(shù)方案：

6、在一種可選方案中：所述通信模塊采用有線或無線傳輸方式與外部進(jìn)行信息交互。

7、在一種可選方案中：所述手柄上設(shè)有開/關(guān)按鈕，用于噴槍在關(guān)閉、示教、復(fù)現(xiàn)三種狀態(tài)間切換。

8、在一種可選方案中：所述手柄上設(shè)有指示燈，用于顯示噴槍當(dāng)前狀態(tài)。

9、在一種可選方案中：在噴槍處于示教狀態(tài)時(shí)，所述控制器實(shí)時(shí)根據(jù)壓力傳感器獲取的壓力數(shù)據(jù)，計(jì)算槍針位移，給伺服電機(jī)發(fā)送信號(hào)，調(diào)節(jié)槍針與槍體前端噴頭間隙大小，進(jìn)而控制涂料吐出量的大小，同時(shí)將帶有時(shí)間戳的槍針位移數(shù)據(jù)和三軸mems傾角傳感器獲取的噴槍姿態(tài)數(shù)據(jù)通過通信模塊發(fā)送出去；在噴槍處于復(fù)現(xiàn)狀態(tài)時(shí)，所述控制器通過通信模塊實(shí)時(shí)接收槍針位移數(shù)據(jù)，給伺服電機(jī)發(fā)送信號(hào)，調(diào)節(jié)槍針與槍體前端噴頭間隙大小，進(jìn)而控制涂料吐出量的大小。

10、一種噴涂機(jī)器人示教系統(tǒng)，應(yīng)用上述噴涂機(jī)器人噴槍，還包括3d激光雷達(dá)、工控機(jī)、工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)和工業(yè)機(jī)器人本體；所述3d激光雷達(dá)位于噴涂作業(yè)區(qū)域上方，能無遮擋掃描示教過程中所述的噴槍槍體上方高反射率靶球；所述工控機(jī)與3d激光雷達(dá)相連，實(shí)現(xiàn)3d激光雷達(dá)數(shù)據(jù)采集，還與所述工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)相連。

11、在一種可選方案中：所述工業(yè)機(jī)器人本體末端安裝的噴槍，示教時(shí)取下該噴槍進(jìn)行手持示教，復(fù)現(xiàn)時(shí)將噴槍安裝回工業(yè)機(jī)器人本體末端。

12、在一種可選方案中：示教時(shí)，所述工控機(jī)采用有線或無線傳輸方式與所述噴槍進(jìn)行信息交互，完成噴槍示教數(shù)據(jù)采集，然后生成噴涂程序發(fā)送給工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)；復(fù)現(xiàn)時(shí)，所述工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)運(yùn)行程序，控制所述工業(yè)機(jī)器人本體運(yùn)動(dòng)，同時(shí)與上述的噴槍的控制器進(jìn)行通信，控制其伺服電機(jī)同步運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)噴涂示教效果。

13、一種噴涂機(jī)器人示教方法，應(yīng)用所述噴涂機(jī)器人示教系統(tǒng)進(jìn)行示教，包括；

14、步驟一：系統(tǒng)標(biāo)定：

15、對(duì)噴涂機(jī)器人噴槍進(jìn)行標(biāo)定，首先進(jìn)行三軸mems傾角傳感器的標(biāo)定，然后標(biāo)定噴槍靶球中心到槍口的剛性偏移量；

16、采用ptp精準(zhǔn)時(shí)間協(xié)議對(duì)所述噴涂機(jī)器人示教系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)間同步；

17、所述工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)標(biāo)定工業(yè)機(jī)器人末端噴槍tcp工具坐標(biāo)系，得到工具坐標(biāo)系到工業(yè)機(jī)器人法蘭坐標(biāo)系的齊次變換矩陣，然后得到工具坐標(biāo)系到工業(yè)機(jī)器人基坐標(biāo)系的齊次變換矩陣；

18、建立3d激光雷達(dá)坐標(biāo)系到工業(yè)機(jī)器人基坐標(biāo)系的齊次變換矩陣；

19、步驟二：示教：

20、從工業(yè)機(jī)器人上取下噴槍，手持噴槍開始噴涂過程的示教；

21、3d激光雷達(dá)實(shí)時(shí)測(cè)量靶球中心坐標(biāo)，發(fā)送給工控機(jī)；

22、噴槍控制器實(shí)時(shí)根據(jù)壓力傳感器獲取的壓力數(shù)據(jù)，計(jì)算槍針位移，給伺服電機(jī)發(fā)送信號(hào)，調(diào)節(jié)槍針與槍體前端噴頭間隙大小，并同步記錄槍針位移和姿態(tài)角，將帶有時(shí)間戳的槍針位移數(shù)據(jù)和三軸mems傾角傳感器獲取的噴槍姿態(tài)數(shù)據(jù)通過通信模塊發(fā)送給工控機(jī)；

23、示教完成后按下手柄上的開/關(guān)按鈕使噴槍從示教狀態(tài)切換到關(guān)閉狀態(tài)；

24、步驟三：數(shù)據(jù)處理；

25、工控機(jī)接收帶時(shí)間戳的3d激光雷達(dá)發(fā)送的靶球中心坐標(biāo)數(shù)據(jù)和噴槍的控制器發(fā)送的槍針位移數(shù)據(jù)和三軸mems傾角傳感器獲取的噴槍姿態(tài)數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

26、包括：對(duì)3d激光雷達(dá)、三軸mems傾角傳感器和槍針位移數(shù)據(jù)按ptp時(shí)間戳差值對(duì)齊；將3d激光雷達(dá)測(cè)的靶球中心坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為工業(yè)機(jī)器人基坐標(biāo)系下的槍口tcp坐標(biāo)；將三軸mems傾角傳感器獲取的噴槍姿態(tài)數(shù)據(jù)、和轉(zhuǎn)換到工業(yè)機(jī)器人基坐標(biāo)系下；

27、步驟四：生成程序：

28、工控機(jī)生成用于控制工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行噴涂作業(yè)的控制程序，程序中包括工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡控制指令和噴槍伺服電機(jī)控制指令；工控機(jī)將控制程序發(fā)送給工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)，工業(yè)機(jī)器人末端重新安裝噴槍，即可運(yùn)行程序?qū)崿F(xiàn)噴槍位姿和噴槍漸變式按壓力度的同步精準(zhǔn)控制；

29、在一種可選方案中：所述的三軸mems傾角傳感器的標(biāo)定包括靜態(tài)校準(zhǔn)和動(dòng)態(tài)標(biāo)定。

30、在一種可選方案中：所述標(biāo)定噴槍靶球中心到槍口的剛性偏移量，包括：將噴槍安裝到工業(yè)機(jī)器人末端，通過工業(yè)機(jī)器人控制噴槍，在確保噴槍靶球在3d激光雷達(dá)視野內(nèi)的前提下，使噴槍槍口tcp通過6種不同姿態(tài)觸碰某一個(gè)固定點(diǎn)；3d激光雷達(dá)采集每個(gè)姿態(tài)下的靶球中心坐標(biāo)；建構(gòu)最小化目標(biāo)函數(shù)，求取噴槍槍口工具坐標(biāo)系到3d激光雷達(dá)坐標(biāo)系齊次變換矩陣；然后計(jì)算得到噴槍靶球中心到槍口的剛性偏移量。

31、在一種可選方案中：采用ptp精準(zhǔn)時(shí)間協(xié)議進(jìn)行時(shí)間同步，包括：基于ieee1588協(xié)議，將工控機(jī)作為主時(shí)鐘周期發(fā)送sync?message，噴槍控制器、3d激光雷達(dá)、工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)作為從時(shí)鐘（slave）接收并記錄時(shí)間戳，計(jì)算時(shí)間偏移量調(diào)整自己的本地時(shí)鐘。

32、在一種可選方案中：所述標(biāo)定工業(yè)機(jī)器人末端噴槍tcp工具坐標(biāo)系，包括：采用四點(diǎn)法，得到噴槍槍口tcp工具坐標(biāo)系到法蘭坐標(biāo)系的齊次變換矩陣，然后可得到工具坐標(biāo)系到工業(yè)機(jī)器人基坐標(biāo)系的齊次變換矩陣。

33、在一種可選方案中：建立3d激光雷達(dá)坐標(biāo)系到工業(yè)機(jī)器人基坐標(biāo)系的齊次變換矩陣，直接由公式得到。

34、相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果如下：

35、1、本發(fā)明采用安裝高反射率靶球的噴槍，配合單點(diǎn)固定3d激光雷達(dá)，通過工業(yè)機(jī)器人配合實(shí)現(xiàn)靜態(tài)校準(zhǔn)加動(dòng)態(tài)標(biāo)定，位姿測(cè)量精度達(dá)到毫米級(jí)，因此具有精度高、部署簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，復(fù)現(xiàn)時(shí)漸變式噴涂過程與噴槍的運(yùn)動(dòng)過程精準(zhǔn)同步。

36、2、本發(fā)明的噴槍將扳機(jī)扣壓改變槍針位置的機(jī)械結(jié)構(gòu)改為由壓力傳感器采集扳機(jī)扣壓壓力值，然后計(jì)算槍針位移，再由伺服電機(jī)控制槍針移動(dòng)，使得噴槍的涂料吐出量大小調(diào)節(jié)在示教和復(fù)現(xiàn)中實(shí)現(xiàn)方式完全相同，確保了噴涂效果的一致性。