CN106041936B - 汽车曲面玻璃底涂机械手动态轨迹优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车曲面玻璃底涂机械手动态轨迹优化方法，根据底涂机械手的半径来确定底涂间距，对玻璃的曲面长度进行等分；作出底涂轨迹中各轨迹线和玻璃轮廓线的交点，并记录交点坐标；选取轨迹线n所在的玻璃截面为平面A_n‑1,n；作轨迹线n与玻璃工作曲面的周边样条曲线的交点a_n，并以a_n做玻璃工作曲面的切线Φ_n；作轨迹线n+1与玻璃工作曲面的周边样条曲线的交点及切线；作切线Φ_n和Φ_n+1确定的平面B_n,n+1，在平面B_n,n+1上作摆线u_n,n+1。本发明采用玻璃曲面切出的切向量和最降速线摆线作为折返连接，得到直线段和摆线组成的空间“S”型曲线轨迹，从而保证了机械手底涂轨迹的连续光滑，使得机械手的底涂清洁过程中速度平滑，运动平稳。

Description

汽车曲面玻璃底涂机械手动态轨迹优化方法

技术领域

本发明属于汽车玻璃加工领域，本发明涉及一种汽车曲面玻璃底涂机械手动态轨迹优化方法。

背景技术

玻璃的深加工是玻璃的二次制品过程，其利用一次成型的平板玻璃为基础原料，利用纳米技术、表面处理技术和复合杂化等高新技术开发出了各种具备不同功能的型深加工玻璃。对玻璃进行加工制备安全玻璃，安全玻璃可承受大量的冲击力,即使玻璃碎了,碎片仍粘在胶片上或形成的碎片为圆角，减轻或消除对人的伤害,从而具有很高的安全性能。安全玻璃的深加工是其制造过程的关键工序，对于汽车安全玻璃其主要深加工包括玻璃包边、夹层间的强韧胶片粘合、玻璃喷涂以及镀膜等。

在所有玻璃相关的深加工工序过程中都不可避免的需要对玻璃工件进行预处理，常见的玻璃预处理过程有玻璃洗涤、活化底涂或底涂清洁等方式。玻璃的洗涤常见的有水刷洗、碱洗和酸洗去除玻璃表面的污渍，油渍等；玻璃的活化底涂都是为了保障玻璃的后期深加工可以顺利进行，即通过在玻璃表面涂抹一层表面活化底涂剂，提高玻璃的表面活性，令粘接容易可靠，达到更佳的粘接使用效果；玻璃的底涂清洁是通过蘸取少许清洗剂沿玻璃表面擦拭，以去除玻璃表面的水渍或浮尘及杂物，保证玻璃表面有较高的清洁度，以支持后期的深加工工序。

通常情况下，少量的汽车安全玻璃的底涂方式采取人工进行底涂清洗，然而对于大量的生产线上的玻璃生产中，人工底涂的成本高，产品均一性差，所以在批量生产的自动化生产线上，通常采用机械手和机器人进行底涂，提高玻璃的生产效率。为了在自动化生产线上取得良好的底涂效果，对机械手的底涂轨迹的规划就显得尤为重要。常见的机械手底涂轨迹有Z字型底涂轨迹、环形轨迹以及异形轨迹等。相较之下，Z字型的的轨迹为简单的直线折返，编程控制较为简单且易于规划，但是对于Z字型这种传统的往返轨迹，在其一个单程运动中速度分为匀加速阶段、匀速段和匀减速段，故机械手进行着不断的加速、匀速和减速为零，折返重复提速减速的过程。在这一喷涂过程中必然在折返关节过程存在着冲击和振动。为了得到简单易于规划、编程且少或无振动冲击的机械手轨迹，从而保障机械手对玻璃底涂清洁的品质，多数方法会采取对机械手的运行轨迹进行优化，例如采取多项式插值或者样条曲线等来实现轨迹的平滑。

发明内容

本发明的目的在于玻璃加工生产线上，对玻璃进行底涂清洁时的机械手动态轨迹进行规划，降低了机械手在底涂过程中折返时带来的振动、冲击，同时保证机械手在较短的工作轨迹路径达到所需的底涂效果，从而提供了一种底涂机械手的平缓弯折往返工作轨迹曲线。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：一种汽车曲面玻璃底涂机械手动态轨迹优化方法，包括如下步骤：

步骤一，根据底涂机械手的半径D来确定机械手的底涂间距，对玻璃的曲面长度l按2D长度进行等分，规划出传统的Z形底涂轨迹，并建立坐标系；

步骤二，减去底涂轨迹中各轨迹线超出玻璃曲面范围的部分，对底涂轨迹进行缩短，减少不必要的工序时间；

步骤三，作出底涂轨迹中各轨迹线和玻璃轮廓线的交点，并记录交点坐标；

步骤四，在步骤二中缩减后的底涂轨迹基础上，选取n所在轨迹线的玻璃截面为平面A_n-1,n；

步骤五，在平面A_n-1,n中，作出轨迹线n与玻璃工作曲面的周边样条曲线的交点a_n，并以a_n做玻璃工作曲面的切线Φ_n；

步骤六，按照步骤五作出轨迹线n+1与玻璃工作曲面的周边样条曲线的交点a_n+1及切线Φ_n+1；

步骤七，作出切线Φ_n和Φ_n+1确定的平面B_n,n+1，在平面B_n,n+1上作摆线u_n,n+1，该摆线分别与切线Φ_n和Φ_n+1相切于摆线的起点和终点；

其中，

作为本发明的一种优选，所述摆线u_n,n+1的确定通过如下方法：

在平面B_n,n+1内，取轨迹线n为奇数时的直角折返点作为坐标原点，以轨迹线n的垂线，向轨迹线n+1所在的一侧延伸方向为x的正方向，以沿轨迹线n向玻璃轮廓以外的延伸方向为y的正方向，建立新的平面坐标系(x,y)，根据底涂机械手的底涂半径D，得出D=πr，且，则摆线u_n,n+1的公式为：

其中，x、y分别为摆线u_n,n+1在坐标系中(x,y)的横坐标和纵坐标，θ为滚动角，且θ∈[0,2π]。

本发明的有益效果是：

采用玻璃曲面切出的切向量和最降速线摆线作为折返连接，得到直线段和摆线组成的空间“S”型曲线轨迹，该曲线轨迹处处连续可导，从而保证了机械手底涂轨迹的连续光滑，使得机械手的底涂清洁过程中速度平滑，运动平稳。

附图说明

图1为传统的Z形路线示意图；

图2为单程曲线路径的截面示意图；

图3为本发明优化后的底涂机械手动态轨迹示意图；

表1为本发明实施例中实验结果。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明的一种汽车曲面玻璃底涂机械手动态轨迹优化方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，根据底涂机械手的半径D来确定机械手的底涂间距，对玻璃的曲面长度l按2D长度进行等分，规划出传统的Z形底涂轨迹，并建立坐标系；

步骤二，减去底涂轨迹中各轨迹线超出玻璃曲面范围的部分，对底涂轨迹进行缩短，减少不必要的工序时间；

步骤三，作出底涂轨迹中各轨迹线和玻璃轮廓线的交点，并记录交点坐标；

步骤四，在步骤二中缩减后的底涂轨迹基础上，选取轨迹线n所在的玻璃截面为平面A_n-1,n；

步骤五，在平面A_n-1,n中，作出轨迹线n与玻璃工作曲面的周边样条曲线的交点a_n，并以a_n做玻璃工作曲面的切线Φ_n；

步骤六，按照步骤五作出轨迹线n+1与玻璃工作曲面的周边样条曲线的交点a_n+1及切线Φ_n+1；

步骤七，作出切线Φ_n和Φ_n+1确定的平面B_n,n+1，在平面B_n,n+1上作摆线u_n,n+1，该摆线分别与切线Φ_n和Φ_n+1相切于摆线的起点和终点；

其中，

所述摆线u_n,n+1的确定通过如下方法：

在平面B_n,n+1内，取轨迹线n为奇数时的直角折返点作为坐标原点，以轨迹线n的垂线，向轨迹线n+1所在的一侧延伸方向为x的正方向，以沿轨迹线n向玻璃轮廓以外的延伸方向为y的正方向，建立新的平面坐标系(x,y)，根据底涂机械手的底涂半径D，得出D＝πr，且，则摆线u_n,n+1的公式为：

其中，x、y分别为摆线u_n,n+1在坐标系中(x,y)的横坐标和纵坐标。

以曲面玻璃的曲面长度l＝540mm，底涂机械手的半径D＝15mm为例。

1.初步规划折返路径：根据底涂机械手的半径D来确定机械手的底涂间距(以机械手的底涂中心为基准点进行绘制基本轨迹)，对玻璃的曲面长度l(l＝540mm)按2D(D＝15mm)长度进行等分，规划出传统的Z形路线，并建立坐标轴，坐标系原点位于曲面玻璃外的一水平放置投影面上，该投影面为X-Y面，并以该投影面的法线为Z方向，建立如图1所示的坐标系。

2.对Z轨迹进行缩短，减少不必要的底涂工序时间,并作出底涂轨迹和玻璃轮廓线的交点a_n(n＝1～35)并记录于表1。

3.在Z性线的折返点进行摆线选取和切线的链接：

1)化三维为二维：作出在曲面玻璃上机械手底涂所做的单程曲线路径的截面，该平面为A_n-1,n，如图2所示；

2)在截面A_n-1,n中，作出路径与玻璃工作曲面周边样条曲线的交点a_n，并以该点a_n关于玻璃工作曲面的切线Ф_n，并记录于表1；

3)根据空间S型，可以两两切线求其公共法向量P_n，n+1，根据测得的a_n点，可以采用点法式求出对应的共切面B_n,n+1，并记录于表1。

4)在各个共切面B_n,n+1做衔接摆线u_n,n+1，由于玻璃是等分的路径，所以在每个共切面上可以建立新的坐标系(x,y)，轨迹线n为奇数时的直角折返点作为坐标原点，轨迹线n的垂线，向轨迹线n+1所在的一侧延伸方向为x的正方向，沿轨迹线n向玻璃轮廓以外的延伸方向为y的正方向，本算例选择Z型路径的基数直角点：1,3,5,7,9,11,13，……33,35作为坐标原点。求出u_n,n+1在各自面上的方程式，由于等宽的原因，所以u_n,n+1的方程式相同的。摆线u_n,n+1分别与对应的两切线相切，且相切于摆线u_n,n+1的起点和终点处，既在连接处一阶导数相等，从而保证了机械手的路径光滑。

摆线u_n，n+1的公式：

并且根据底涂机械手的底涂半径D＝15mm，得出D＝πr，θ为滚动角，且θ∈[0,2π]。则

4.根据所得出的初始路径，按照3的折返轨迹线进行优化，采取玻璃曲面外的路径采用a_n的切线和摆线u_n,n+1组成空间S型轨迹，可以得出机械手优化路径，如图3所示。

表1本发明实施例中实验结果

所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (2)

1.一种汽车曲面玻璃底涂机械手动态轨迹优化方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，根据底涂机械手的半径D来确定机械手的底涂间距，对玻璃的曲面长度l按2D长度进行等分，规划出传统的Z形底涂轨迹，并建立坐标系；

步骤二，减去底涂轨迹中各轨迹线超出玻璃曲面范围的部分，对底涂轨迹进行缩短，减少不必要的工序时间；

步骤三，作出底涂轨迹中各轨迹线和玻璃轮廓线的交点，并记录交点坐标；

步骤四，在步骤二中缩减后的底涂轨迹基础上，选取轨迹线n所在的玻璃截面为平面A_n-1,n；

步骤五，在平面A_n-1,n中，作出轨迹线n与玻璃工作曲面的周边样条曲线的交点a_n，并以a_n做玻璃工作曲面的切线Φ_n；

步骤六，按照步骤五作出轨迹线n+1与玻璃工作曲面的周边样条曲线的交点a_n+1及切线Φ_n+1；

步骤七，作出切线Φ_n和Φ_n+1确定的平面B_n,n+1，在平面B_n,n+1上作摆线u_n,n+1，该摆线分别与切线Φ_n和Φ_n+1相切于摆线的起点和终点；

其中，

2.根据权利要求1所述的汽车曲面玻璃底涂机械手动态轨迹优化方法，其特征在于，所述摆线u_n,n+1的确定通过如下方法：

在平面B_n,n+1内，取轨迹线n为奇数时的直角折返点作为坐标原点，以轨迹线n的垂线，向轨迹线n+1所在的一侧延伸方向为x的正方向，以沿轨迹线n向玻璃轮廓以外的延伸方向为y的正方向，建立新的平面坐标系(x,y)，根据底涂机械手的底涂半径D，得出D=πr，且，则摆线u_n,n+1的公式为：

<mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mi>x</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mi>D</mi> <mi>&amp;pi;</mi> </mfrac> <mo>(</mo> <mi>&amp;theta;</mi> <mo>-</mo> <mi>sin</mi> <mi>&amp;theta;</mi> <mo>)</mo> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mi>y</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mi>D</mi> <mi>&amp;pi;</mi> </mfrac> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mi>c</mi> <mi>o</mi> <mi>s</mi> <mi>&amp;theta;</mi> <mo>)</mo> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced>

其中，x、y分别为摆线u_n,n+1在坐标系中(x,y)的横坐标和纵坐标，θ为滚动角，且θ∈[0,2π]。