CN101716568B - 机器人喷涂系统喷涂室内的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了机器人喷涂系统喷涂室内的方法，其特征在于：包括如下步骤：通过数据接口，将房屋数据读入机器人喷涂系统的主控制器中；主控制器根据读取房屋数据确定机器人的初始位置点；机器人喷涂系统喷涂墙壁；机器人喷涂系统喷涂墙角；主控制器接收设置在机器人基体上的测距传感器发出的信号，判断机器人基体是否到达了初始位置点，当机器人基体到达了初始位置点，主控制器控制机器人行走装置停止移动；机器人喷涂系统喷涂天花板。本方法能对任意的、墙面为平面的房屋进行喷涂；均匀喷涂墙壁和天花板，有效避开门、窗的空白部分，实现对墙角的均匀喷涂；喷涂过程智能化、全自动化。
Description
技术领域
本发明涉及机器人，具体涉及一种机器人喷涂系统喷涂室内的方法。
背景技术
目前，机器人技术存在几大瓶颈技术，其中一个很关键的技术是自动路径规划技术。由于这个原因，目前工业上应用的机器人，几乎都是只能按固定轨道行走、或者不能行走的机械臂式机器人，这极大限制了机器人的应用领域。在喷涂机器人方面，主要有应用于各种生产线的喷漆机器人，这种机器人的缺点是喷涂对象的结构固定，并且机器人一般不能行走。在室内喷涂机器人方面，无论在研究还是在应用方面，能够实现完全自动喷涂的机器人技术尚还一片空白，为此申请人分别申请了“室内喷涂机器人的喷涂系统(200920127289.8)、室内喷涂机器人的行走系统(200920127290.0)、室内喷涂机器人的机械臂(200920127291.5)、室内喷涂机器人的喷头装置(200920127288.3)；但上述申请只是从结构上对机器人喷涂系统进行了说明。 C3.2.2、主控制器判断机械臂的支架(202)逆时针或顺时针旋转次数是否等于设定的次数，当支架(202)逆时针或顺时针旋转次数小于设定的次数时，重复步骤C3.2.1，当支架(202)逆时针或顺时针旋转次数等于设定的次数时，进入步骤C3.2.3；
喷涂系统喷涂室内的方法，其特征在于：包括如下步骤：
C1、通过数据接口，将房屋数据读入机器人喷涂系统的主控制器中；
C2、主控制器根据读取的房屋数据确定机器人的初始位置点；
C3、机器人喷涂系统喷涂墙壁及墙角；
C3.1、机器人喷涂系统喷涂墙壁；
C3.1.1、主控制器控制机器人的行走装置使机器人移动到设定的初始位置点，再由主控制器控制机器人的行走装置原地转动，使机器人前进的方向平行于当前喷涂的墙，喷头体的喷口打开时始终正对墙面；
C3.1.2、主控制器控制机器人的机械臂带动喷头装置匀速向下或向上运动；
C3.1.3、主控制器接收设置在喷头装置上的测距传感器发出的信号，当测距传感器测得喷头体与墙的距离为设定值时，主控制器控制喷涂系统向墙壁喷涂料；当测距传感器检测到喷头体与墙的距离突然增大到明显大于设定值时，主控制器控制喷涂系统停止喷涂料，但控制机械臂带动喷头装置继续向下或向上运动，当测距传感器检测到喷头体与地面的距离为设定值时，主控制器控制喷涂系统停止喷涂料，同时控制机械臂停止向下运动；当测距传感器检测到喷头体与天花板的距离为设定值时，主控制器控制喷涂系统停止喷涂料，同时控制机械臂停止向上运动；
C3.1.4、主控制器控制机器人的行走装置使机器人向前移动，前进距离为设定值；
C3.1.5、主控制器接收设置在机器人基体上的测距传感器发出的信号，判断机器人基体与下一面墙的距离是否为设定值，当测距传感器测得机器人基体与下一面墙的距离不为设定值时，重复步骤C3.1.2步至C3.1.4；当测距传感器测得机器人基体与下一面墙的距离为设定值时，主控制器控制机器人的行走装置停止移动，并控制喷涂系统停止喷涂料；
C3.2、机器人喷涂系统喷涂墙角；
C3.3、主控制器接收设置在机器人基体上的测距传感器发出的信号，判断机器人基体是否到达了初始位置点，当机器人基体到达了初始位置点，主控制器控制机器人行走装置停止移动；
C4、机器人喷涂系统喷涂天花板。
根据本发明所述的机器人喷涂系统喷涂室内的方法的一种优选方案，其特点是：所述机器人喷涂系统喷涂墙角，包括如下步骤：
C3.2.1、主控制器控制机器人机械臂的支架(202)逆时针或顺时针旋转设定的角度，然后控制喷涂系统喷涂墙角；
C3.2.2、主控制器判断机械臂的支架(202)逆时针或顺时针旋转次数是否等于设定的次数，当支架(202)逆时针或顺时针旋转次数小于设定的次数时，重复步骤C3.2.1，当支架(202)逆时针或顺时针旋转次数等于设定的次数时，进入步骤C3.2.3；
C3.2.3、主控制器控制机器人的行走装置原地转动，使机器人前进的方向与相连的另一面待喷涂的墙壁平行，并调整机械臂姿态，使喷头体的喷口(312)始终正对相连的另一面待喷涂的墙壁；
C3.2.4、主控制器控制机器人机械臂的支架(202)逆时针或顺时针旋转设定的角度，然后控制喷涂系统喷涂墙角；
C3.2.5、主控制器判断机械臂的支架(202)逆时针或顺时针旋转次数是否等于设定的次数，当支架(202)逆时针或顺时针旋转次数小于设定的次数时，重复步骤C3.2.4，当支架(202)逆时针或顺时针旋转次数等于设定的次数时，停止喷涂墙角。
根据本发明所述的机器人喷涂系统喷涂室内的方法的一种优选方案，其特点是：所述喷涂天花板，包括如下步骤：
C4.1、根据房屋数据，设定房间内的一面墙为基准墙，设定机器人移动的目标点，并通过数据接口，将基准墙的数据和机器人移动的目标点的数据读入机器人喷涂系统的主控制器中；
C4.2、主控制器控制机器人的行走装置使机器人移动到设定的第一目标点，再控制机器人的行走装置原地转动，并调整机械臂姿态，使喷头体与天花板的距离为设定距离，喷头体的喷口打开时始终正对天花板；
C4.3、主控制器控制机器人的行走装置使机器人移动到设定的下一目标点，在移动过程中，主控制器接收设置在机器人基体上的测距传感器发出的信号，判断机器人基体与基准墙的距离是否为恒定值，当机器人基体与基准墙的距离为恒定值时，主控制器控制喷涂系统打开喷口喷涂天花板；当机器人基体与基准墙的距离不为恒定值时，主控制器控制喷涂系统关闭喷口；
C4.4、主控制器接收设置在机器人基体上的测距传感器发出的信号，判断机器人基体是否到达本次移动的目标点，当机器人基体到达本次移动的目标点时，主控制器控制机器人行走装置停止移动，并控制喷涂系统关闭喷口；
C4.5、主控制器判断是否还有剩余的目标点，当还有目标点时，重复C4.3、C4.4、
C4.5；当没有目标点时，主控制器控制机器人的行走装置使机器人移动到初始位置点。
根据本发明所述的机器人喷涂系统喷涂室内的方法的一种优选方案，所述机器人的初始位置点设定为第一个房间内、第一面有门的墙的第一扇门的门口；并且机器人中心到第一扇门的中心的连线垂直于所述第一个房间内、第一面有门的墙，与第一个房间内、第一面有门的墙的距离为设定值。
本发明所述的机器人喷涂系统喷涂室内的方法的有益效果是：
①能对任意的、墙面为平面的房屋进行喷涂；
②均匀喷涂墙壁和天花板，有效避开门、窗的空白部分，实现对墙角的均匀喷涂；
③喷涂过程智能化、全自动化。
附图说明
图1是喷涂机器人室内喷涂的方法的流程图。
图2是具体实施例中喷涂墙的轨迹示意图。
图3是具体实施例中制表方法。
图4是具体实施例中墙角喷涂方法示意图。
图5是具体实施例中墙角喷涂方法示意图。
图6是具体实施例中房间1的天花板的喷涂轨迹示意图。
图7是具体实施例中凹形天花板的喷涂方法示意图。
图8是机器人的行走装置结构示意图。
图9是机器人的机械臂的结构示意图。
图10是机器人的机械臂的中，下部分的轴测示意放大图。
图11是喷涂系统的原理示意图。
图12是喷头装置的轴测示意图。
图13图12的A向视图。
具体实施方式
参见图1，机器人喷涂系统喷涂室内的方法，按如下步骤执行：
C0、通过计算机CAD软件定义房屋空间坐标：以房屋的地板所在平面为O-XYZ三维坐标的XOY平面，任选一竖直直线为Z轴，定义空间三维坐标；一般情况，可以直接选左墙与地板的交线为X轴，右墙与地板的交线为Y轴，左右两面墙的交线为Z轴；
C1、通过数据接口，将房屋数据读入机器人喷涂系统的主控制器中；读入房屋数据：
机器人读入的房屋数据包括：房屋的房间数目及编号；每个房间内墙的数目及编号；每面墙四个顶点的空间三维坐标值；每面墙上门的数目，门的坐标，以及门所连通的两个房间的编号；每面墙上窗户的数目，窗户的坐标；
C2、主控制器根据读取房屋数据确定机器人的初始位置点：包括
机器人的初始位置点设定为第一个房间内、第一面有门的墙的第一扇门的门口；并且机器人中心到第一扇门的中心的连线垂直于所述第一个房间内、第一面有门的墙，设置距离第一个房间内、第一面有门的墙的距离为设定值L，L一般设定为1000mm≤L≤1200mm。
设定机器人的姿态：机器人的姿态为机器人前进的方向平行于当前喷涂的墙，且俯视房间时顺时针绕房间移动，喷头喷涂方向垂直对准墙。
C3、机器人喷涂系统喷涂墙壁及墙角；
C3.1、机器人喷涂系统喷涂墙壁；
C3.1.1、主控制器控制机器人的行走装置使机器人移动到设定的初始 位置点，再由主控制器控制机器人的行走装置原地转动，使机器人前进的方向平行于当前喷涂的墙，喷头体301的喷口312打开时始终正对墙面；
C3.1.2、主控制器控制机器人的机械臂带动喷头装置206匀速向下或向上运动；
C3.1.3、主控制器接收设置在喷头装置206上的测距传感器318a、318b、318c发出的信号，当测距传感器318a、318b、318c测得喷头体301与墙的距离为设定值S时，主控制器控制喷涂系统向墙壁喷涂料；当测距传感器318a、318b、318c检测到喷头体301与墙的距离突然增大到明显大于设定值S时，主控制器控制喷涂系统停止喷涂料，但控制机械臂带动喷头装置206继续向下或向上运动，当测距传感器检测到喷头体与地面的距离为设定值h时，主控制器控制喷涂系统停止喷涂料，同时控制机械臂停止向下运动；当测距传感器318a、318b、318c检测到喷头体301与天花板的距离为设定值h时，主控制器控制喷涂系统停止喷涂料，同时控制机械臂停止向上运动；在具体实施例中，可以取设定值S为15mm；定值h为15mm；
C3.1.4、主控制器控制机器人的行走装置使机器人向前移动，前进距离为设定值D；前进过程中，每间隔设定时间T0，设置在机器人基体上的测距传感器412a、412b、412c、412d检测机器人当前的坐标，并将检测到的当前坐标和前进的目标点的坐标进行比较，当比较值大于设定值时，控制机器人继续前进，当比较值小于设定值时，控制机器人停止前进；在具体实施例中，可以取设定值D为20mm，取设定时间T0为0.01s；
C3.1.5、主控制器接收设置在机器人基体401上的测距传感器412a、412b、412c、412d发出的信号，判断机器人基体401与下一面墙的距离是否为设定值σ，当测距传感器测得机器人基体401与下一面墙的距离不为设定值时，重复步骤C3.1.2步至C3.1.4；当测距传感器412测得机器人基体401与下一面墙的距离为设定值σ时，主控制器控制机器人的行走装置停止移动，并控制喷涂系统停止喷涂料；在本实施例中，可以取设定值σ为15mm；
下面结合图2具体说明机器人喷涂系统喷涂墙壁喷涂一面墙壁的方法：
主控制器控制机器人的机械臂带动喷头装置206从A1点匀速向下运动，其中，A1点和墙面的距离为15mm，与天花板的距离为15mm，主控制器并同时控制喷涂系统向墙壁喷涂料，即控制打开喷头体301的喷口312，向墙壁喷涂料；当向下喷涂一段时间后，如果喷头装置206上的测距传感器318a、318b、318c检测到喷头体301与墙壁的距离突然增大到明显大于15mm，在本实施例中，设定喷头体301与墙的距离突然增大到大于20mm时，可断定喷头体正对门13或窗window，这时候主控制器立刻控制关闭喷头体301的喷口312，停止喷涂料，但机械臂带动喷头装置206继续向下运动，直至测距传感器318a、318b、318c检测到喷头体301与地面的距离为设定值h时，见图2中的A2点，主控制器控制机械臂停止向下运动，一道喷涂完毕；主控制器控制机器人的行走装置原地转动，使机器人前进的方向平行于墙；再由主控制器控制机器人的行走装置使机器人向前移动，前进距离为20mm，前进过程中，每隔时间间隔T0检测机器人基体401当前的坐标，并将检测到的当前坐标和前进的目标点的坐标进行比较，并计算检测到的当前坐标和目标点的距离，当比较值小于允许的设定误差，说明已到达目标点，主控制器控制机器人的行走装置停止前进；当比较值大于允许的设定误差，控制机器人继续前进，这样便可准确到达目标点。这时喷头体到达A3点，主控制器控制机械臂带动喷头装置206向上运动，在A3点，如果测距传感器318a、318b、318c检测到喷头体301与墙的距离仍然明显大于20mm，机械臂带动喷头装置206继续向上运动，但关闭喷头体301的喷口312；当喷头装置206运动到门或窗的顶端时，测距传感器318a、318b、318c检测到喷头装置206与墙的距离变为15mm，主控制器控制喷涂系统打开喷头体301的喷口312，向墙壁喷涂料；直至测距传感器318a、318b、318c检测到喷头体301与天花板的距离为设定值h时，关闭喷头体301的喷口312，并控制机械臂停止向上运动，这时喷头装置206到达了A4点；主控制器控制机器人行
走装置平行于墙向前移动20mm，移动方法不再累述，喷头装置206也随着从A4点移动到A5点，再由机械臂带动喷头装置206从A5点向下运动，喷涂方法不再累述，如遇到窗户时，和遇到门的处理方法一样，直至机器人到达与下一面墙的距离也为设定值L时，主控制器控制机器人的行走装置停止前进，机械臂停止移动，并控制喷涂系统停止喷涂。在本实施例中，取设定值1000mm≤L≤1200mm。
C3.2、机器人喷涂系统喷涂墙角；
C3.2.1、主控制器控制机器人的机械臂的支架202逆时针或顺时针旋转设定的角度，然后主控制器控制喷涂系统喷涂墙角；
C3.2.2、主控制器判断机械臂的支架202逆时针或顺时针旋转次数是否等于设定的次数，当机械臂的支架202逆时针或顺时针旋转次数小于设定的次数时，重复步骤C3.2.1，当机械臂的支架202逆时针或顺时针旋转次数等于设定的次数时，进入C3.2.3；
C3.2.3、主控制器控制机器人的行走装置原地转动，使机器人前进的方向与相连的另一面待喷涂的墙壁平行，并调整机械臂姿态，使喷头体的喷口312始终正对相连的另一面待喷涂的墙壁；
C3.2.4、主控制器控制机器人机械臂的支架(202)逆时针或顺时针旋转设定的角度，然后控制喷涂系统喷涂墙角；
C3.2.5、主控制器判断机械臂的支架(202)逆时针或顺时针旋转次数是否等于设定的次数，当支架(202)逆时针或顺时针旋转次数小于设定的次数时，重复步骤C3.2.4，当支架(202)逆时针或顺时针旋转次数等于设定的次数时，停止喷涂。
由于墙角两面墙的夹角一般是90度，但也有大于90度或小于90度的，由于此时机器人基体不能移动，故只能依靠机械臂的旋转、伸缩来进行喷涂。在具体实施例中采用查表法。就是把机器人机械臂和喷头装置的运动轨迹数据预先算好，存入机器人表格中，当需要时只要按表中数据工作即可。
制表步骤如下：假设机器人当前处于图3中的O2点，已到墙角，无法继续前进。参见图3，作墙wall的平行线G1G2，与墙的距离为S；作机器人基体中心到平行线G1G2的垂线O2B1。以交点B1为起点，在平行线G1G2上找到B2点，使B1点与B2点的距离为设定值D，取D＝20mm，然后连接O2B2，计算线O2B1和线O2B2的夹角α1。以B2点为起点，在平行线G1G2上找到点B3，使点B2与点B3的距离为D，然后计算线O2B2与线O2B3的夹角α2；用 同样的方法可以得到角α3、α4。图3中的符号V代表机器人移动的方向；
参见图4、图5，图4、图5中的符号V代表机器人移动的方向；机器人喷涂完墙壁后，停在O2点，喷涂过程中，使喷头体301的喷口312始终对准正在喷涂的墙壁，其喷涂步骤如下：主控制器控制机械臂的支架202顺时针旋转大小为α1的角度，然后主控制器控制机械臂带动喷头装置206往上或往下移动，喷涂墙角第一道，在具体喷涂时，机械臂带动喷头装置206往上或往下移动，是根据喷头装置206喷涂完上一道后的位置决定，如果喷涂完上一道后装置206靠近地面，则主控制器控制机械臂带动喷头装置206往上移动并同时控制喷涂系统喷涂料；如果喷涂完上一道后装置206靠近天花板，则主控制器控制机械臂带动喷头装置206往下移动并同时控制喷涂系统喷涂料；第一道喷涂完成后，主控制器使机械臂的支架202顺时针旋转角度为α2，然后喷涂第二道；第二道喷涂完成后，主控制器使机械臂的支架202顺时针旋转角度为α3，然后喷涂第三道，当墙角在墙III上的部分就喷涂完后，主控制器控制机器人的行走装置原地转动，使机器人前进的方向与墙IV平行，并调整机械臂姿态，使喷头体301的喷口312对准墙壁IV，再控制机械臂的支架202逆时针旋转大小为β1的角度，然后主控制器控制机械臂带动喷头装置206往上或往下移动，并控制喷涂系统喷涂墙角第一道，第一道喷涂完成后，主控制器使机械臂的支架202逆时针旋转角度为β2，然后喷涂第二道；第二道喷涂完成后，主控制器使机械臂的支架202逆时针旋转角度为β3，然后喷涂第三道，其中角度β1、β2、β3由制表方法得到，制表方法同上，不累述。
C3.3、主控制器接收设置在机器人基体401上的测距传感器412a、412b、412c、412d发出的信号，判断机器人基体401是否到达了初始位置点，即在机器人前进过程中，每间隔设定时间，设置在机器人基体111上的位置传感器检测机器人当前的坐标，并将检测到的当前坐标和初始位置点相比较，当机器人基体401到达了初始位置点，主控制器控制机器人行走装置停止移动。
C4、控制机器人喷涂系统喷涂天花板。
所述喷涂天花板，当天花板是凸形天花板时，按如下方法进行，所述凸形天花板指天花板在水平面上的投影为凸多边形的天花板；
C4.1、根据房屋数据，设定房间内的一面墙为基准墙，设定机器人移动的目标点；通过数据接口，将基准墙的数据和机器人移动的目标点的数据读入机器人喷涂系统的主控制器中；
C4.1.1、根据房屋的数据信息，作出各面墙的平行线；并且每条平行线与对应墙的距离为设定值；
C4.1.2、设定房间内的一面墙为基准墙，设定与基准墙的距离为设定值的平行线为第一基准线；设定与基准墙的距离为设定值的2倍的平行线为第二基准线，依次类推，设定与基准墙的距离为设定值的n倍的平行线为第n基准线；
C4.1.3、设定每条基准线与其他墙的平行线的交点为机器人移动的目标点：将第一基准线与其他墙的平行线的交点作为第一目标点和第二目标点；将第二基准线与其他墙的平行线的交点作为第三目标点和第四目标点；将第n基准线与其他墙的平行线的交点作为第2n-1目标点和第2n目标点；
C4.2、主控制器控制机器人的行走装置使机器人移动到设定的第一目标点，再控制机器人的行走装置原地转动，并调整机械臂姿态，使喷头体301与天花板的距离为设定距离，喷头体301的喷口312打开时始终正对天花板；
C4.3、主控制器控制机器人的行走装置使机器人移动到设定的下一目标点，在移动过程中，主控制器接收设置在机器人基体401上的测距传感器412a、412b、412c、412d发出的信号，判断机器人基体401与基准墙的距离是否为恒定值，当机器人基体401与基准墙的距离为恒定值时，主控制器控制喷涂系统打开喷口312喷涂天花板；当机器人基体与基准墙的距离不为恒定值时，主控制器控制喷涂系统关闭喷口312；
C4.4、主控制器接收设置在机器人基体401上的测距传感器412发出的信号，判断机器人基体412是否到达本次移动的目标点，当机器人基体到达本次移动 的目标点时，主控制器控制机器人行走装置停止移动，并控制喷涂系统关闭喷口312；
C4.5、主控制器判断是否还有剩余的目标点，当还有目标点时，重复C4.3、C4.4、
C4.5；当没有目标点时，主控制器控制机器人的行走装置使机器人移动到初始位置点。
如图6所示，根据房屋的数据信息，作出各面墙的平行线：墙III的内平行线E1E2、墙IV的内平行线E2E3、墙I的内平行线E3E4、墙II的内平行线E4E1，平行线与对应墙的距离都为M，在本实施例中，取M＝1000mm。
设定墙III为基准墙，设定平行线E1E2为第一基准线；平行线E5E6为第二基准线；平行线E7E8为第三基准线……，
将第一基准线E1E2与墙II的内平行线E4E1的交点E1作为第一目标点，将第一基准线E1E2与墙IV的内平行线E2E3的交点E2作为第二目标点；将第二基准线E5E6与墙II的内平行线E4E1的交点E5作为第四目标点，将第二基准线E5E6与墙IV的内平行线E2E3的交点E6作为第三目标点……；直到所作的平行线与凸多边形E1E2E3E4没有交点为止；规定机器人沿着目标点E1、E2、E6、E5、E7、E8……移动，目标点E1是第一次移动的起点，目标点E2是第一次移动的终点，同时目标点E2也是第二次移动的起点，目标点E6是第二次移动的终点，同时目标点E6是第三次移动的起点……。
使机器人从O3点出发，沿第一基准线E1E2移动到第一目标点E1，在第一目标点E1调整喷头体301的喷口312至距离天花板的距离为设定距离h，使喷头体301的喷口312对着天花板；调整好初始姿态后，通过机器人基体401上的测距传感器412a、412b、412c、412d，使机器人沿着第一基准线E1E2移动，并由主控制器控制喷涂系统打开喷头体301的喷口312开始喷涂，到目标点E2时，停止前进和喷涂；主控制器控制机器人的行走装置原地转动，再控制机器人从E2点出发，沿着路径E2E6移动到E6，在移动过程中，机器人基体与基准墙IV的距离不为恒定值时，主控制器控制喷涂系统关闭喷口(312)；当到达目 标点E6，主控制器控制机器人的行走装置原地转动，使机器人前进的方向平行于第一基准线E1E2，调整好姿态后，通过机器人基体401上的测距传感器，主控制器控制机器人行走装置沿着路径E6E5移动，并同时打开喷头体301的喷口312开始喷涂，直到到达目标点E5点时，主控制器控制机器人行走装置停止前进并控制喷涂系统停止喷涂；当机器人沿着规定的路径到达了所有的目标点后，房间的天花板喷涂完毕，主控制器控制行走装置从最后一个目标点直接移动到喷涂该房间的初始点。
所述喷涂天花板，当天花板是凹形天花板时，将天花板分割成凸形天花板，对每个凸形天花板，按照喷涂凸形天花板的方法进行喷涂。所述凹形天花板指天花板在水平面上的投影为凹多边形的天花板；
参见图7，根据房屋的数据信息，得到房间的墙角的位置坐标；其中F1、F2、F3、F4、F5分别代表该房间的墙角，相邻两墙角的连线为墙与地板的交线，机器人的初始位置点为O点；
建立多边形，把机器人初始位置所在的墙与地面的交线F5F1放入到多边形中，在这个房间内，从交线F5F1开始，顺时针向多边形中增顶点，首先把墙角P2加入到多边形中，于时墙角F5、F1、F2就构成了多变形，此时为三角形F5F1F2，判断出它是凸多边形，继续向多边形中增顶点；把墙角F3加入到多边形中，构成新的多边形F5F1F2F3，判断出它仍然是凸多边形，继续向多边形中增顶点；把墙角F4加入到多边形中，构成新的多边形F5F1F2F3F4，判断出这是一个凹多边形，于是把F4从多边形中去掉，多边形仍然为F5F1F2F3，停止顺时针增加顶点；逆时针向多边形中增加顶点。把点墙角F4加入到多边形中，构成新的多边形F4F5F1F2F3，判断出这是一个凹多边形，于是把F4从多边形中去掉，多边形仍然为F5F1F2F3，停止逆时针增加顶点；得到第一个凸多边形为F5F1F2F3。
对多边形F5F1F2F3用喷涂凸形天花板的方法进行喷涂。
对剩下的区域，即多边形F5F3F4进行凸多边形判断，发现它是凸多边形， 则无需对其进行分割，然后对剩下的凸多边形用凸形天花板的喷涂方法进行喷涂，直至喷涂到终点Pm点，Pm点为图7中第二区域的喷涂终点。
用机器人喷涂系统进行室内喷涂时，由机器人控制喷涂系统实现。
所述的机器人主要由主控制器、行走装置、机械臂构成。
其中，主控制器包括单片机和数据接口，数据接口可用于读入房屋数据，在单片机中设置有控制程序。
参见图8，喷涂机器人的行走装置主要由基体401、驱动电机402、联轴器403、、驱动轮409、万向轮410和测距传感器412组成。其中，驱动电机2、传动机构和驱动轮409为相同的两套且安装在基体401内的前、后部，驱动电机402固定在基体401底板上，是带有编码器402a的步进电机，驱动电机2的输出轴通过联轴器403与传动机构相连，传动机构由减速器404、小齿轮405、大齿轮406、轮轴407、轴承座408组成。轮轴407与驱动电机402的输出轴相平行，轮轴407一端支承在与基体401底板固定的轴承座408上，另一端伸出基体401前侧板1a或后侧板1b并在该伸出端上装有驱动轮409，两轮轴407的中心线同轴，两个驱动电机402、联轴器403、减速器404和小齿轮405分别安装在轮轴407中心线的左、右两侧。在靠近基体401下表面的四角处设有上凹的缺口，在该缺口的底面上分别固定4个万向轮410。在所述基体401的四周侧板两端分别安装有测距传感器412a、412b、412c、412d，所述主控制器能根据测距传感器412a、412b、412c、412d采集的信息控制所述驱动电机402的旋转。由于机器人采用的是两个驱动轮独立驱动，而且机器人的运动方式，也主要是直线行走和原地转动两种，两个驱动轮通过两个电机分别驱动，两个电机同向、同速转动时，即可实现直线行走；两个电机反向、同速转动时，即可实现原地转动。两个驱动轮行走的距离，即两个电机需要转过的角度通过主控制 器中的控制程序控制，再通过基体四周侧板的测距传感器412a、412b、412c、412d作辅助验证、调节。
参见图9和图10，机器人的机械臂，包括第一电机203、支架202、蜗轮蜗杆减速器204、首尾铰接的第一臂节205、第二臂节210、第三臂节211，所述臂节中位于最后方的第一臂节205根部通过铰接销轴208与支架202连接，所述第一电机203驱动所述自锁减速器和第二传动机构后带动第一臂节205摆动，所述臂节中位于最前方的第三臂节211的前端安装有喷头装置206；所述第三臂节211的后端、第二臂节210的后端分别与电推杆207a、电推杆207b的前端铰接，电推杆207a、207b的壳体分别固定在第二臂节210的前端和第一臂节205的前端，在各臂节的铰接销轴上装有角位移传感器209，所述主控制器能根据所述角位移传感器209采集的信息控制所述第一电机和所述电推杆。
当需要某臂节转动确定的角度时，由主控制器发出驱动指令，让电推杆伸出或缩回，第一电机203正转或反转，同时由角位移传感器209实时检测两节臂之间或第一节臂与支架之间的角度，并反馈给主控制器，主控制器将角位移传感器209得到的角度值与要求的角度值做差值，当两者的差值在进入允许的范围时，主控制器即可发出停止指令，使电推杆或第一电机203停止动作。通过这种方法，就可以使机械臂按确定的方式自动化工作，保证机械臂运动灵活，机械臂前端保持沿墙面的上、下垂直运动。
参见图11、12、13，所述喷涂系统，包括涂料供给装置、输送软管、喷头装置206，所述涂料供给装置包括有与涂料箱101连接的液压泵102，该液压泵102的输出管依次经换向阀103和流量控制阀104后，通过输送软管105与喷头装置206连接，所述换向阀103有一出口接回所述涂料箱101；所述喷头装 置206的喷头体内设有阀芯，该阀芯在液力推动下打开喷口312；其中，喷头装置206，包括喷头体301和第三传动机构302，所述喷头体301内设有阀芯，该阀芯在液力推动下打开喷口312，在所述喷头体301上装有朝向上方、下方和前方的测距传感器318a、318b、318c，所述主控制器能根据所述测距传感器采集的信息控制喷涂系统管路的开闭、机械臂臂节夹角和行走装置移动；所述第三传动机构安装在机械臂的第三臂节211的前部，该第三传动机构中设有带角位移传感器326的转轴，该转轴上设有安装板325，所述喷头体301通过螺栓304与所述安装板325连接；所述主控制器能根据所述角位移传感器326采集的信息控制所述转轴的旋转。
当需要喷涂时，换向阀103通电，使管路处于导通状态，电机112带动液压泵102，把涂料箱101中的涂料输入到液压管路中。初始时，管路中的压力较小，流量控制处于全开状态，喷头装置自动关闭，随着柱塞泵102的工作，管路中的压力逐渐增大，当压力达到喷头装置206的调定压力后，喷口312突然打开，此时涂料在一定的压力下喷出。当需要停止喷涂时，换向阀103失电，从液压泵102输出的涂料直接流回涂料箱101。由于流量控制阀104调定的流量为定值，故在喷涂过程中，即使喷头装置的高度在变化，也可保持涂料的流量恒定，使喷涂均匀。当机器人喷涂系统纵向喷完一道，需要其行进一段距离后再喷涂时，换向阀103失电，涂料流回涂料箱，当机器人到达指定位置后，再次切换换向阀103，即可再次开始喷涂。
装在喷头体上的测距传感器，会不断测量喷头体与天花板、地面或与墙面的距离，并将所测距离实时地传递给控制器，主控制器通过计算，对比这个距离与控制系统预设的特定值，当这个距离小于或等于系统预设的特定值时，说 明这道喷涂过程完毕，此时主控制器发出控制指令，使机械臂和喷涂系统暂停工作，喷口关闭，并启动行走装置行走一段距离，再进行下次喷涂。这样就防止喷头在喷涂过程中碰到天花板或地面，在喷涂天花板时，防止碰到前后的墙面。朝前的测距传感器可保证喷头在喷涂时，喷头到墙面的距离始终处于控制系统的预设范围内，当喷头偏离了允许范围，主控制器通过计算发出调整指令，调节机械臂各个臂节的夹角，使喷头再次进入控制系统允许的范围。由主控制器控制的传动机构302可调整喷头体301与机械臂最末臂节的夹角，使喷头体301的喷口312打开时始终正对墙面。
Claims (4)
1.机器人喷涂系统喷涂室内的方法，其特征在于：包括如下步骤：
C1、通过数据接口，将房屋数据读入机器人喷涂系统的主控制器中；
C2、主控制器根据读取的房屋数据确定机器人的初始位置点；
C3、机器人喷涂系统喷涂墙壁及墙角；
C3.1、机器人喷涂系统喷涂墙壁；
C3.1.1、主控制器控制机器人的行走装置使机器人移动到设定的初始位置，再由主控制器控制机器人的行走装置原地转动，使机器人前进的方向平行于当前喷涂的墙，喷头体(301)的喷口(312)打开时始终正对墙面；
C3.1.2、主控制器控制机器人的机械臂带动喷头装置(206)匀速向下或向上运动；
C3.1.3、主控制器接收设置在喷头装置(206)上的测距传感器(318a、318b、318c)发出的信号，当测距传感器(318a、318b、318c)测得喷头体(301)与墙的距离为设定值时，主控制器控制喷涂系统向墙壁喷涂料；当测距传感器(318a、318b、318c)检测到喷头体(301)与墙的距离突然增大到明显大于设定值时，主控制器控制喷涂系统停止喷涂料，但控制机械臂带动喷头装置(206)继续向下或向上运动，当测距传感器检测到喷头体(301)与地面的距离为设定值时，主控制器控制喷涂系统停止喷涂料，同时控制机械臂停止向下运动；当测距传感器(318a、318b、318c)检测到喷头体(301)与天花板的距离为设定值时，主控制器控制喷涂系统停止喷涂料，同时控制机械臂停止向上运动；
C3.1.4、主控制器控制机器人的行走装置使机器人向前移动，前进距离为设定值；
C3.1.5、主控制器接收设置在机器人基体(401)上的测距传感器(412a、 412b、412c、412d)发出的信号，判断机器人基体(401)与下一面墙的距离是否为设定值，当测距传感器测得机器人基体(401)与下一面墙的距离不为设定值时，重复步骤C3.1.2步至C3.1.4；当测距传感器(412a、412b、412c、412d)测得机器人基体(401)与下一面墙的距离为设定值时，主控制器控制机器人的行走装置停止移动，并控制喷涂系统停止喷涂料；
C3.2、机器人喷涂系统喷涂墙角；
C3.3、主控制器接收设置在机器人基体(401)上的测距传感器(412a、412b、412c、412d)发出的信号，判断机器人基体(401)是否到达了初始位置点，当机器人基体(401)到达了初始位置点，主控制器控制机器人行走装置停止移动；
C4、机器人喷涂系统喷涂天花板。
2.根据权利要求1所述的机器人喷涂系统喷涂室内的方法，其特征在于：所述机器人喷涂系统喷涂墙角，包括如下步骤：
C3.2.1、主控制器控制机器人机械臂的支架(202)逆时针或顺时针旋转设定的角度，然后控制喷涂系统喷涂墙角；
C3.2.2、主控制器判断机械臂的支架(202)逆时针或顺时针旋转次数是否等于设定的次数，当支架(202)逆时针或顺时针旋转次数小于设定的次数时，重复步骤C3.2.1，当支架(202)逆时针或顺时针旋转次数等于设定的次数时，进入步骤C3.2.3；
C3.2.3、主控制器控制机器人的行走装置原地转动，使机器人前进的方向与相连的另一面待喷涂的墙壁平行，并调整机械臂姿态，使喷头体的喷口(312)始终正对相连的另一面待喷涂的墙壁；
C3.2.4、主控制器控制机器人机械臂的支架(202)逆时针或顺时针旋转设定的角度，然后控制喷涂系统喷涂墙角；
C3.2.5、主控制器判断机械臂的支架(202)逆时针或顺时针旋转次数是否等于设定的次数，当支架(202)逆时针或顺时针旋转次数小于设定的次数时，重复步骤C3.2.4，当支架(202)逆时针或顺时针旋转次数等于设定的次数时，停止喷涂。
3.根据权利要求2所述的机器人喷涂系统喷涂室内的方法，其特征在于：所述喷涂天花板，包括如下步骤：
C4.1、根据房屋数据，设定房间内的一面墙为基准墙，设定机器人移动的 目标点，并通过数据接口，将基准墙的数据和机器人移动的目标点的数据读入机器人喷涂系统的主控制器中；
C4.2、主控制器控制机器人的行走装置使机器人移动到设定的第一目标点，再控制机器人的行走装置原地转动，并调整机械臂姿态，使喷头体(301)与天花板的距离为设定距离，喷头体(301)的喷口(312)打开时始终正对天花板；
C4.3、主控制器控制机器人的行走装置使机器人移动到设定的下一目标点，在移动过程中，主控制器接收设置在机器人基体(401)上的测距传感器(412a、412b、412c、412d)发出的信号，判断机器人基体(401)与基准墙的距离是否为恒定值，当机器人基体(401)与基准墙的距离为恒定值时，主控制器控制喷涂系统打开喷口(312)喷涂天花板；当机器人基体与基准墙的距离不为恒定值时，主控制器控制喷涂系统关闭喷口(312)；
C4.4、主控制器接收设置在机器人基体(401)上的测距传感器(412a、412b、412c、412d)发出的信号，判断机器人基体(412a、412b、412c、412d)是否到达本次移动的目标点，当机器人基体到达本次移动的目标点时，主控制器控制机器人行走装置停止移动，并控制喷涂系统关闭喷口(312)；
C4.5、主控制器判断是否还有剩余的目标点，当还有目标点时，重复C4.3、C4.4、C4.5；当没有目标点时，主控制器控制机器人的行走装置使机器人移动到初始位置点。
4.根据权利要求1或2或3所述的喷涂机器人系统喷涂室内的方法，其特征在于：机器人的初始位置点设定为第一个房间内、第一面有门的墙的第一扇门的门口；并且机器人中心到第一扇门的中心的连线垂直于所述第一个房间内、第一面有门的墙，与第一个房间内、第一面有门的墙的距离为设定值。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Assignee: Chongqing Xipurui Electromechanical Engineering Co., Ltd. Assignor: Chongqing University Contract record no.: 2012500000008 Denomination of invention: Method for indoor spray-finishing by using robot spraying system Granted publication date: 20110907 License type: Exclusive License Open date: 20100602 Record date: 20120224 |
|
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20110907 Termination date: 20121119 |