CN108160354B - 一种全自动涂装装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种全自动涂装装置，所述涂装装置包括底板和沿底板可运动的喷涂机器人；所述喷涂机器人上设置有大臂座，所述大臂座与大臂通过第一转动副连接，所述大臂与小臂通过第二转动副连接；所述小臂的末端设置有喷涂机械手，所述转台、大臂、小臂以及喷涂机械手均受控于所述驱动装置；所述大臂座上设置有摄像头。本发明通过摄像头能够拍摄待喷涂物体的运动，从而实现对于待喷涂物体的跟踪喷涂。

Description

一种全自动涂装装置

技术领域

本发明涉及涂装机械领域，尤其涉及一种全自动涂装装置。

背景技术

所谓涂装即指对金属和非金属表面覆盖保护层或装饰层。随着工业技术的发展，深入到国民经济的多个领域。中国涂装生产线的发展经历了由手工到生产线、到自动生产线的发展过程。随着涂装的高速发展，涂装设备的智能化程度也越来越高，然而，到目前为止，涂装设备还存在下述需要解决的技术问题：

(1)涂装用轨道的精度、寿命、刚性和持久性不够高，导致涂装设备的运动精度下降，虽然在某些应用场景下能够通过磁技术降低涂装设备对于轨道的伤害，提升涂装设备的运行精度，但是这些现有技术中涂装设备均一般采用非对称结构，稳定性较差，从另一个侧面引入了降低运动精度的因素。

(2)涂装设备的智能化程度不高，通常只能够对于静止的物体进行喷涂，然而在生产流水线上通常产品是运动的，如若只能够对静止的物体进行喷涂，显然涂装设备的应用场景有限，并且降低了生产效率。

(3)涂装设备通常喷刷指定的涂料，难以根据实际需要实时更换涂料，达到多样化喷涂效果。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的首要目的是提供一种全自动涂装装置。

本发明是以如下技术方案实现的：

本发明提供一种全自动涂装装置，所述涂装装置包括底板和沿底板可运动的喷涂机器人；所述喷涂机器人底部设置有滑台，所述滑台顶部与基座连接；所述基座内部设置有驱动装置；所述喷涂机器人上设置有大臂座，所述大臂座与大臂通过第一转动副连接，所述大臂与小臂通过第二转动副连接；所述小臂的末端设置有喷涂机械手，所述转台、大臂、小臂以及喷涂机械手均受控于所述驱动装置；所述大臂座上设置有摄像头。

进一步地，所述底板上设置有多根导轨；所述滑台下方设置下方设置多个滑块，所述多个滑块设置在对应的多根导轨上；

所述基座内部还设置有涂料供应装置和控制模块，所述控制模块与所述驱动装置连接；

所述基座上安置一转台，所述转台上安置所述大臂座；所述摄像头与所述控制模块通信连接。

进一步地，所述涂装装置的运动由控制模块和驱动装置控制，以使得涂装装置与待喷涂物体平行同步运动，从而完成对待喷涂物体的跟踪；在跟踪过程中，涂装装置不间断拍摄待喷涂物体的图像，上一帧图像I中的像素点x在下一帧图像J中的位置通过第一公式预估，根据预估结果控制涂装装置的运动以使得涂装装置与待喷涂物体平行同步运动。

进一步地，第一公式为J(Ax+d)＝I(x)，其中，A与像素点的形变量相关，d为特征点平移向量。

使用第二公式获取A和d的最优值，A和d的最优值为使得第二公式中的两个窗口间的不相似性e最小的值；并以此控制涂装装置的运动。

第二公式为e＝∫∫_σ[Q(Ax+d)-P(x)]²w(x)dx，其中w(x)为经验值，Q(Ax+d)和P(x)均为根据摄像头拍摄结果获取的已知值，由此，即可获取优化后的A和d，并以此实时控制涂装装置的运动。

本发明具有以下明显有益效果：

设计独有的对称性滑台结构，在能够确保在滑动过程不产生应力的前提下，尽可能提高了滑台运动的稳定性，以确保在后续基于摄像头对待喷涂物体进行跟踪时能够取得较好的跟踪效果；

通过摄像头能够拍摄待喷涂物体的运动，从而实现对于待喷涂物体的跟踪喷涂；

能够基于预设的特定标识，通过摄像头和控制模块的相互作用完成全自动的喷涂，涂装装置不仅能够对于待喷涂物体实现跟踪喷涂，还能够实时更换涂料。

附图说明

图1是本发明提供的一种全自动涂装装置示意图；

图2是本发明提供的滑台示意图；

图3是本发明提供的涂料供应装置示意图；

图4是本发明提供的喷嘴示意图；

图5是本实施例提供的标识示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

实施例1：

如图1所示，一种全自动涂装装置，如图1所示，所述涂装装置包括底板1和沿底板可运动的喷涂机器人。

所述底板1上设置有多根导轨2；所述喷涂机器人底部设置有滑台，所述滑台顶部与基座6连接；所述基座内部设置有驱动装置。

所述基座6内部还设置有涂料供应装置7和控制模块8，所述控制模块8与所述驱动装置连接。

所述基座6上安置一转台9，所述转台9能够绕竖直方向转动，其转动范围为0-360度；所述转台9上安置大臂座10，所述大臂座10与大臂11通过第一转动副连接，所述大臂11与小臂12通过第二转动副连接；所述小臂12的末端设置有喷涂机械手，所述转台9、大臂11、小臂12以及喷涂机械手均受控于所述驱动装置。

进一步地，所述喷涂机械手包括喷枪座13和喷嘴14，所述喷枪座13通过第三转动副与所述小臂12连接，所述喷枪座13和所述喷嘴14为可拆卸连接；所述驱动装置还用于驱动所述喷枪座13运动。

所述第一转动副处设置有第一转动检测器，所述第二转动副处设置有第二转动检测器，第三转动副处设置有第三转动检测器，所述第一转动检测器、第二转动检测器和第三转动检测器均与所述控制模块8通信连接；所述控制模块8通过控制第一转动副、第二转动副和第三转动副的运动，调控喷嘴的位置；所述大臂座10的外壳上还嵌设有一摄像头，所述摄像头与所述控制模块8通信连接。

如图2所示，所述滑台包括横向滑台5，以及设置于所述横向滑台5下方的一纵向滑台4，所述纵向滑台4下方设置多个滑块3，所述多个滑块设置在对应的多根导轨2上，所述纵向滑台沿导轨布置方向做纵向运动；

所述横向滑台5和纵向滑台4之间设置有轨道及相应的滑块，所述纵向滑台4包括设置在底部的滑台本体，所述滑台本体两侧分别设置一左侧台体41和右侧台体42，所述左侧台体41和所述右侧台体42对称设置以确保所述纵向滑台4为对称结构，只有对称结构，才能够确保沿导轨的运动平稳。

所述轨道包括左侧滑轨43、右侧滑轨45和顶部滑轨44，所述左侧滑轨43安装在左侧台体41和滑台本体的左侧，所述右侧滑轨45安装在右侧台体42和滑台本体的右侧，所述顶部滑轨44安装在滑台本体的顶部；所述左侧台体41上安装有第一磁铁46，所述右侧台体42上安装有第二磁铁47，所述横向滑台5采用磁性材料制作而成；所述横向滑台5沿垂直于纵向运动的方向做横向运动。

如图3所示，所述涂料供应装置7包括N个料筒71，每个料筒71顶端均设置有出料泵72，所述出料泵72通过进料管74与所述喷嘴14连通，每个所述进料管74通路上均设置有进料阀73；每个所述进料阀73和所述出料泵72均与所述控制模块8通讯连接。

如图4所示，所述喷嘴14包括N个进料口142，进料口142与料筒71一一对应连通，所述喷嘴14的管道中间设置一旋转开关141，所述管道上还设置通料口143，通过旋转开关141带动通料口143进行相对转动，只有当通料口143与某个进料口141连通时，所述进料口141流出的涂料才能够经由喷嘴喷出；所述旋转开关的转动受控于所述控制模块。

本发明实施例中，所述料筒71数量为2个，所述进料口142数量也为2个。每个所述进料口142包括三个进料匹配口，所述通料口143也包括三个通料匹配口，只有当所述三个进料匹配口和所述三个通料匹配口均连通，所述进料口流出的涂料才能够经由喷嘴喷出。

为了实现对于待喷涂物体的跟踪喷涂，本发明中通过摄像头和控制模块的相互作用实现。具体的实现方式如下：

每个待跟踪物体上均设定有一特征点，特征点周围的预设邻域为需要被喷涂的区间σ，这一区间即为涂装装置的跟踪对象。在所述区间的运动过程中，本发明实施例使用第一公式来描述其中各个像素(包括特征点)的运动。

在本发明实施例中，所述涂装装置的运动由控制模块和驱动装置控制，以使得涂装装置与待喷涂物体平行同步运动，从而完成跟踪。跟踪过程即为喷涂过程，在这个过程中，涂装装置不间断拍摄待喷涂物体的图像，因此，上一帧图像I中的像素点x在下一帧图像J中的位置通过第一公式预估，根据预估结果控制涂装装置的运动以使得涂装装置与待喷涂物体平行同步运动。

第一公式为J(Ax+d)＝I(x)，其中，A与像素点的形变量相关，d为特征点平移向量。因此，对于下一帧位置的预估就转化为A和d的优化问题。本发明实施例中为了得到较好的优化结果，使用第二公式获取A和d的最优值，A和d的最优值为使得第二公式中的两个窗口间的不相似性e最小的值；并以此控制涂装装置的运动。

第二公式为e＝∫∫_σ[Q(Ax+d)-P(x)]²w(x)dx，其中w(x)为经验值，Q(Ax+d)和P(x)均为根据摄像头拍摄结果获取的已知值，即表征之前的像素运动情况，由此，即可获取优化后的A和d，并以此实时控制涂装装置的运动。

上述控制逻辑全部在控制模块8中实现。

进一步地，为了提高跟踪效果，控制模块8还可以通过红外距离感测器实时感测摄像头与待喷涂物体之间的距离，并通过控制横向滑台相对于纵向滑台的运动，将所述距离控制在预设范围内，从而确保摄像头拍摄到的待喷涂物体图片能够适用于本申请中的算法。所述红外距离感测器也可以设置于大臂座的外壳，并与控制模块8通信连接。

为了实现基于预设的特定标识的全自动喷涂，本发明实施例中还公开了下述内容：

在待涂装装置的生产线旁，设置有起到指示作用的特定标识，特定标识包括两部分内容，运行指令以及涂料更换指令。待涂装装置上还设置有特定标识扫描构件，所述特定标识扫描构件与控制模块8通讯连接。

为了提升扫描识别效率，本发明实施例中设置了一种特殊的标识，所述标识只包括黑白两色，包括正五边形的标识轮廓和位于正五边形内部的第一标识区和第二标识区，所述第一标识区位于所述第二标识区上部，所述第一标识区和所述第二标识区均使用圆圈作为信息标的物，每个标识区内部有数量不等的圆圈。第一标识区黑底，其内置圆圈为白色；第二标识区白底，其内置圆圈为黑色。第一标识区用于标识运行指令，第二标识区用于标识涂料更换指令。

所述正五边形的设置基于不变量理论，其能够提高扫描速度。圆形标的物的设置能够使得在深度离焦条件下，避免扫描过程对于标识图像处理的过程中，二值化后产生粘连，提高了扫描识别的正确率。

如图5所示，其示出了一种标识，所述标识第一标识区的含义为指示涂装装置回到运动的起始点；第二标识区的含义为指示涂装装置更换第三料筒的涂料继续喷涂。

为了确保能够准确识别标识的含义，本发明实施例中的标识的成像的像素宽度w不小于2个像素，根据公式w＝W*cosθ*f/(D*dx)来设置标识的实际宽度和位置。其中W为标识实际宽度，θ为成像平面与竖直平面的夹角，f为摄像机焦距，D为标识到摄像机的距离。

本发明实施例的上述扫描识别过程以及基于扫描识别结果的控制过程也通过控制模块8实现。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (1)

1.一种全自动涂装装置，其特征在于：

所述涂装装置包括底板和沿底板可运动的喷涂机器人；所述喷涂机器人底部设置有滑台，所述滑台顶部与基座连接；所述基座内部设置有驱动装置；所述喷涂机器人上设置有大臂座，所述大臂座与大臂通过第一转动副连接，所述大臂与小臂通过第二转动副连接；所述小臂的末端设置有喷涂机械手，所述基座上安置一转台，所述转台上安置所述大臂座；转台、大臂、小臂以及喷涂机械手均受控于所述驱动装置；所述大臂座上设置有摄像头；

所述底板上设置有多根导轨；所述滑台下方设置多个滑块，所述多个滑块设置在对应的多根导轨上；所述滑台包括横向滑台，以及设置于所述横向滑台下方的一纵向滑台，所述纵向滑台下方设置多个滑块，所述多个滑块设置在对应的多根导轨上，所述纵向滑台沿导轨布置方向做纵向运动；

所述横向滑台和纵向滑台之间设置有轨道及相应的滑块，所述纵向滑台包括设置在底部的滑台本体，所述滑台本体两侧分别设置一左侧台体和右侧台体，所述左侧台体和所述右侧台体对称设置以确保所述纵向滑台为对称结构；

所述基座内部还设置有涂料供应装置和控制模块，所述控制模块与所述驱动装置连接；

所述摄像头与所述控制模块通信连接；

所述涂装装置的运动由控制模块和驱动装置控制，以使得涂装装置与待喷涂物体平行同步运动，从而完成对待喷涂物体的跟踪；在跟踪过程中，涂装装置不间断拍摄待喷涂物体的图像，上一帧图像I中的像素点x在下一帧图像J中的位置通过第一公式预估，根据预估结果控制涂装装置的运动以使得涂装装置与待喷涂物体平行同步运动；

第一公式为J(Ax+d)＝I(x)，其中，A与像素点的形变量相关，d为特征点平移向量；

使用第二公式获取A和d的最优值，A和d的最优值为使得第二公式中的两个窗口间的不相似性e最小的值；并以此控制涂装装置的运动；

第二公式为e＝∫∫_σ[Q(Ax+d)-P(x)]²w(x)dx，其中w(x)为经验值，Q(Ax+d)和P(x)均为根据摄像头拍摄结果获取的已知值，由此，即可获取优化后的A和d，并以此实时控制涂装装置的运动。