CN110421561A - 一种使用协作机器人进行服装喷涂的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种使用协作机器人进行服装喷涂的方法，包括以下步骤：建立机器人喷涂姿态模板库；通过上位机人机交互界面设定喷涂参数；将所述的服装关键尺寸的信息转化成喷涂关键点位置信息；在上位机人机交互界面的参数框输入关键点位置修正值；在上位机人机界面参数输入框中设定延迟开枪距离和提前关枪距离；上位机向机器人控制器传输工艺数据；机器人控制器依据各关键点的位置进行喷涂路径规划；点击上位机上人机交互界面运行按钮，机器人控制器控制机器人进行喷涂；根据喷涂效果更改步骤四中的关键点位置修正值完善喷涂效果。采用本方法喷涂效果稳定且提高了喷涂效率。

Description

一种使用协作机器人进行服装喷涂的方法
技术领域
本发明属于机器人服装喷涂领域，特别涉及一种机器人喷涂工艺参数的生成和传输技术领域。
背景技术
喷马骝是一种服装水洗工艺，主要用于牛仔服装的制做上，使牛仔服装原本颜色在局部或者整体根据设计需要通过一定的方法产生褪色的效果。
喷马骝就是用喷枪把高锰酸钾溶液按设计要求喷到服装上，发生化学反应使布料褪色。用高锰酸钾的浓度和喷射量来控制褪色的程度。从效果上分的话，喷马骝褪色均匀，表层里层都有褪色，而且可以达到很强的褪色效果。以上喷马骝工艺都是通过工人手动对每件服装进行操作完成，严重依靠工人技术经验，且喷涂出的裤子受个人技术手法和经验限制而不能形成特别稳定的喷涂效果。
工厂里常用的喷涂方式是工人将需要加工的牛仔裤穿在可以充气的胶波机构上，充气将裤腿撑开，然后借助手工旋转胶波方向实现牛仔裤的全方位喷涂，这种喷涂工艺需要的技术要求高，工人培训难度大，工人与工人之间喷涂的效果还有不小的差异。
牛仔裤的高锰酸钾喷涂工艺分为全喷和局部喷，全喷是对牛仔裤外表面进行全方位无死角覆盖，需要保证均匀无死角。局部喷是在牛仔裤特定部分进行喷涂氧化褪色，形成特定长度和渐变色的图案。
如果用工业机器人代替人工进行喷涂，喷涂轨迹的实现多依靠示教器试教。这种喷涂轨迹实现较为死板，修改微调不方便。
发明内容
本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种易操作、效果稳定、通用性强的一种机器人服装喷涂服装工艺数据生成和传输方法。
本发明解决上述问题的技术方案如下：
一种使用协作机器人进行服装喷涂的工艺数据生成和传输方法，包括以下步骤：
步骤一、建立机器人喷涂姿态模板库，具体包括以下步骤：
第一步，将协作机器人切换到转矩控制模式，然后协作机器人的电机使能上电，采用协作机器人的拖动示教功能在机器人控制器中生成机器人拖动示教程序，其中所述的拖动示教功能是借助人手拖动机器人末端执行器按照一定轨迹运动，机器人控制器记录人手拖动机器人末端执行器形成的轨迹点的关节坐标数据，在机器人控制器生成一系列包含机器人末端执行器的轨迹点关节坐标位置的拖动示教程序；
第二步，机器人作为客户端访问上位计算机建立的服务器，机器人控制器通过socket通信，将拖动示教程序中的所有位置点的关节坐标数据按照数组格式传输给上位计算机，数据格式为p关节[i]＝[θ1i,θ2i,θ3i,θ4i,θ5i,θ6i]，其中i代表拖动示教形成位置点的序号,θ1i-θ6i分别代表第i点六个关节坐标角度；
第三步，所述的上位计算机接收机器人控制器输出的拖动示教形成的位置点关节坐标数据并通过六轴串联机器人正解公式进行数据处理，得到各个位置点关节坐标数据对应的机器人末端执行器在机器人基座直角坐标系下的位置值(Xj,Yj,Zj)和使用欧拉角表示的姿态值(A,B,C)；
第四步，该基坐标系下位置点Z坐标值Zj转换成在机器人工件坐标系下的Z坐标值Zg，所述的工件坐标系原点位置设置在位于胶波模型上的服装的裤裆的中心位置，工件坐标系的Z轴正方向竖直向上；Y轴正方向是从裤子正面指向裤子反面；X方向采用右手系法则确定；
然后，根据胶波模型和机器人安装位置在Z坐标轴方向的差值，将机器人基坐标系下的各个所述的位置值的Z坐标值Zj转换成基于工件坐标系上的Z坐标Zg，舍弃基坐标系下轨迹点的X,Y轴坐标；再通过欧拉角和四元数的转换公式，将每个拖动示教轨迹点使用欧拉角表示的姿态值(A,B,C)转换为采用四元数表示的姿态值(Q1,Q2,Q3,Q4)，加上数据Zg,写成数组形式的每个点数据格式转换成[Zg,Q1,Q2,Q3,Q4]；所有位置点除去X，Y轴信息后的数据格式表示为[Zg,Q1i,Q2i,Q3i,Q4i]；第二步中以六个关节坐标形式表示的位置点(p关节[i]＝[θ1i,θ2i,θ3i,θ4i,θ5i,θ6i])通过机器人正解公式和欧拉角转化四元数公式，然后舍弃X,Y值，转化成工件坐标系下包含Z坐标和四元数的格式：p工件[i]＝[Zg,Q1i,Q2i,Q3i,Q4i]，i代表转换后的拖动示教形成的点的序号，将该数组集合定义为一种拖动模式姿态的模板，并在上位机储存此姿态模板；
第五步，重复第一步至第四步，根据喷涂实际需求场景拖动示教不同的姿态动作，形成机器人对服装喷涂不同图案时采用不同的喷涂姿态模板库；
步骤二、通过上位机的人机交互界面设定喷涂参数，所述的人机交互界面是基于python语言编程得到，包括多个参数输入框：
第一步，在人机交互界面的服装参数输入框中输入服装的关键尺寸信息，包括，牛仔裤的腰高、大腿直径、小腿直径、内长、撑开距离、腰宽和腰径；
第二步，根据喷涂图案需要从姿态模板库中选择姿态模板；
第三步，在人机交互界面输入喷涂速度；
步骤三，将所述的服装关键尺寸的信息转化成喷涂关键点信息，具体步骤为：
第一步，将裤子表面形状简化为套在相应的胶波模型上的胶波的外表面形状；
第二步，上位机生成喷涂裤子外表面的关键点信息，步骤为：
(1)将整个裤子分别采用与XY平行的三个平面相截，其中上截面H设置在裤子上沿位置、中截面M为XY平面，下截面L为经过裤子的两条裤腿的外角点的截面；将裤裆中心点以上的裤腰区域与水平面的截面简化成长圆形；将裤裆中心点以下的裤腿区域与水平面的截面简化为两个圆心都在工件坐标系X轴上的圆形；
(2)以Y轴为对称轴在上截面H的对称轴的左右两侧分别取五个上关键点，任意一侧的所述的五个上关键点位置分别为：
其中第一上关键点h1和第五上关键点h5以长圆形长方向上的轴为对称轴对称的设置在长圆形的两个直线段上，且第一上关键点h1和第五上关键点h5均位于相应直线段的中点和该直线段该侧的端点之间的中点位置；
第三上关键点h3位于长圆形的长方向上的轴与该侧的半圆弧的交点位置；
第二上关键点h2和第四上关键点h4以长圆形长方向上的轴为对称轴对称的设置在长圆形相应侧的半圆弧上，第二关键点h2和圆弧中心的连线以及第四关键点h4和圆弧中心点的连线均与长圆形长方向的轴的夹角为60度；
将中截面与裤腿的相交轮廓面简化为两个相切的中间圆，中间圆的直径近似为大腿直径d1，每条裤腿上的六个中间关键点m1、m2、m3、m4、m5、m6分别在相应的中间圆上沿逆时针方向均布，其中第一个中间关键点m1和中间圆的圆心的连线与工件坐标系X轴的夹角为60度；
将下截面L与裤腿的相交轮廓面简化为以Y轴为对称轴的左右两个下边界圆，两个下边界圆的直径近似为小腿直径d2，每条裤腿上的六个下关键点p1、p2、p3、p4、p5、p6分别在相应的下边界圆上沿逆时针方向均布，其中第一个中间关键点p1和相应下边界圆的圆心的连线与两圆圆心连线夹角为60度；
(3)分别计算每一个上关键点、中间关键点以及下关键点在工件坐标系中的坐标值；
(4)按照裤子在实际加工中随胶波绕胶波中心依次旋转的角度，计算出所有关键点在旋转后的新的坐标值；
(5)将步骤一中形成的姿态模板库中轨迹点的Z坐标值与所有关键点的Z坐标值依次进行比较，上位机中姿态模板库中的轨迹点的Z坐标值与服装关键点的Z方向位置坐标差值在1mm内即认为两者的Z坐标值匹配，最终在姿态模板库中选出和关键点总数相同的姿态使其一一对应，将拖动示教形成的模板库中的姿态值(Q1,Q2,Q3,Q4)与关键点的位置值(Xg,Yg,Zg)结合形成完整的喷涂路径关键点的位置姿态信息(Xg,Yg,Zg,Q1,Q2,Q3,Q4)；然后将每个关键点的位置姿态信息存储到一个数组[N,Xg,Yg,Zg,Q1,Q2,Q3,Q4]中，其中N代表关键点的顺序；
步骤四、在人机交互界面的关键点位置修正参数框输入关键点位置修正值，所述的补偿值的初始值均设定为0；
步骤五、在上位机人机界面参数输入框中设定延迟开枪距离和提前关枪距离；
在实际喷涂长度短于设定的最长路径下，根据实际喷涂长度需求设置延迟开枪距离和提前关枪距离，如果喷涂长度为最长路径，则延迟开枪距离和提前关枪距离设置为零；
步骤六、点击人机交互界面的“更新并传送”按钮，上位机向机器人控制器传输工艺数据，所述的工艺数据包括叠加了关键点位置修正数据后的关键点位置姿态数据、延迟开枪距离和提前关枪距离以及喷涂速度；
步骤七、机器人控制器依据各关键点的位置进行最长喷涂路径规划，具体为：以YZ平面为对称平面将裤子分成左右两部分，两部分的路径规划彼此对称设置，其中任意一部分的路径规划包括六条路径分别为：第一路径：h1-m1-p1；第二路径：h2-m2-p2；第三路径：h3-m3-p3；第四路径：h4-m4-p4；第五路径：h5-m5-p5；第六路径：m6-p6；
步骤八、点击上位机上人机交互界面运行按钮，机器人控制器控制机器人进行喷涂：
喷涂过程中，在完成一条设定的路径喷涂后，胶波按照预先设定的旋转角度旋转并且通过PLC控制的电机转到固定角度停止，然后PLC向机器人控制器发出到位信号，机器人根据胶波旋转后下一路径各关键点的位置继续进行喷涂，如此往复直到喷涂整体完成；
步骤九、人工观察喷涂效果，机器人喷涂轨迹准确，喷涂效果满足工作要求，则断开上位机与机器人控制器的连接，若喷涂效果不满足工作要求，则修改步骤四中的关键点位置修正参数以改善喷涂效果，重新生成关键点坐标数据并传输给机器人控制器，更新工艺数据后机器人继续喷涂直到满足要求为止，然后在机器人控制器备份并储存关键点的位置信息，喷涂速度，以及延迟开枪距离和提前关枪距离。
本发明的有益效果是：这种机器人服装喷涂工艺数据生成和传输方法实现了了传统喷马骝的工艺参数化，且喷涂效果稳定，相较于人手的随机性，此方法调出的工艺效果一旦固定，便能稳定复现。降低了培训人工的成本。喷涂过程中采用的旋转胶波进行裤子旋转的方式，这样一来，减少了机器人为了保证喷枪姿态和喷涂距离的要求而进行大范围姿态变化而产生的时间浪费，极大缩短了整体喷涂时间，提高了喷涂效率。实现过程不需要很高的机器人控制权限，适用于大多数协作机器人，通用性强。
附图说明
图1是本发明的一种使用协作机器人进行服装喷涂的方法的工艺过程流程图；
图2是本发明中使用的裤子模型主视图；
图3是图2所示的裤子模型俯视图；
图4是本发明方法采用的喷涂轨迹长度示意；
图5是本发明方法采用的上关键点坐标计算简化几何模型图；
图6是本发明方法采用的中间关键点位置计算简化几何模型图；
图7是本发明方法采用的下关键点位置计算简化几何模型图。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明进行详细阐述。
如附图所示的本发明的一种使用协作机器人进行服装喷涂的工艺数据生成和传输方法，包括以下步骤：
步骤一、建立机器人喷涂姿态模板库，具体包括以下步骤：
第一步，将协作机器人切换到转矩控制模式，然后协作机器人的电机使能上电，采用协作机器人的拖动示教功能在机器人控制器中生成机器人拖动示教程序，其中所述的拖动示教功能是借助人手拖动机器人末端执行器按照一定轨迹运动，机器人控制器记录人手拖动机器人末端执行器形成的轨迹点的关节坐标数据，在机器人控制器生成一系列包含机器人末端执行器的轨迹点关节坐标位置的拖动示教程序。
优选的机器人控制器采样时间间隔优选的为2ms-5ms，采样时间优选的设定为1分钟，最终生成1分钟以内的示教程序。
描述机器人末端执行器的位置姿态可以有两种坐标方式，一种是机器人末端执行器空间直角坐标(笛卡尔坐标)，另一种是关节坐标，即机器人末端执行器的坐标位置采用六个轴的角度表示，如p1点的关节坐标是(30°，30°，50°，40°，60°，30°)，这可以唯一确定当前机器人末端执行器的位置，从而获取机器人末端执行器的位置和姿态。这里的拖动示教程序生成的是关节坐标组成的一系列位置点，机器人的连续运动经过离散化，最终由一系列代表机器人末端执行器的位置点组成，每个位置点都使用六个关节角度数据唯一确定。
第二步，机器人作为客户端访问上位计算机建立的服务器，机器人控制器通过socket通信，将拖动示教程序中的所有位置点的关节坐标数据按照数组格式传输给上位计算机，数据格式为p关节[i]＝[θ1i,θ2i,θ3i,θ4i,θ5i,θ6i]，其中i代表拖动示教形成位置点的序号,θ1i-θ6i分别代表第i点六个关节坐标角度。如第1点数据格式为p关节[1]＝[θ11,θ21,θ31,θ41,θ51,θ61]。
第三步，所述的上位计算机接收机器人控制器输出的拖动示教形成的位置点关节坐标数据并通过六轴串联机器人正解公式进行数据处理，得到各个位置点关节坐标数据对应的机器人末端执行器在机器人基座直角坐标系下的位置值(Xj,Yj,Zj)和使用欧拉角表示的姿态值(A,B,C)。在所述的六轴串联机器人正解公式中需要使用机器人DH参数，关于机器人正解和DH参数的解释具体参见蔡自兴，谢斌主编的《机器人学》第三章。
第四步，该基坐标系下位置点Z坐标值Zj转换成在机器人工件坐标系下的Z坐标值Zg，所述的工件坐标系原点位置设置在位于胶波模型上的服装的裤裆的中心位置O(见图2)，工件坐标系的Z轴正方向竖直向上,垂直于水平面；Y轴正方向是从裤子正面指向裤子反面,垂直于裤子主视图的投影面；X方向采用右手系法则确定。
设定裤裆中心为工件坐标系原点后，根据胶波模型和机器人安装位置在Z坐标轴方向的差值，将机器人基坐标系下的各个所述的位置值的Z坐标值Zj转换成基于工件坐标系上的Z坐标Zg，舍弃基坐标系下轨迹点的X,Y轴坐标。然后通过欧拉角和四元数的转换公式，将每个拖动示教轨迹点使用欧拉角表示的姿态值(A,B,C)转换为采用四元数表示的姿态值(Q1,Q2,Q3,Q4)，加上数据Zg,写成数组形式的每个点数据格式转换成[Zg,Q1,Q2,Q3,Q4]。将点的序号考虑进来，所有位置点除去X，Y轴信息后的数据格式表示为[Zg,Q1i,Q2i,Q3i,Q4i]。第二步中以六个关节坐标形式表示的位置点(p关节[i]＝[θ1i,θ2i,θ3i,θ4i,θ5i,θ6i])通过机器人正解公式和欧拉角转化四元数公式，然后舍弃X,Y值，转化成工件坐标系下包含Z坐标和四元数的格式：p工件[i]＝[Zg,Q1i,Q2i,Q3i,Q4i]，i代表转换后的拖动示教形成的点的序号，将该数组集合定义为一种拖动模式姿态的模板，并在上位机储存此姿态模板。
需要注意的是，喷涂模板中的轨迹点缺乏水平位置信息(X,Y)，构成机器人完整的喷涂轨迹还需要匹配后续步骤三计算的关键点的位置信息。
第五步，重复第一步至第四步，根据喷涂实际需求场景拖动示教不同的姿态动作，形成机器人对服装喷涂不同图案时采用不同的喷涂姿态模板库。如：全喷姿态模板和局部喷姿态模板。
步骤二、通过上位机的人机交互界面设定喷涂参数，所述的人机交互界面是基于python语言编程得到，包括多个参数输入框：
第一步，在人机交互界面的服装参数输入框中输入服装的关键尺寸信息，包括，牛仔裤的腰高h、大腿直径d1，小腿直径d2，内长s，撑开距离D，腰宽ww，腰径wd(见图2，图3)。
第二步，根据喷涂图案需要从姿态模板库中选择姿态模板。
第三步，在人机交互界面输入喷涂速度，喷涂速度需要结合工艺师傅的工艺要求确定，同样的轨迹下速度越快，落在服装上面的涂料越少，图案越轻微。
步骤三，将所述的服装关键尺寸的信息转化成喷涂关键点信息，具体步骤为：
第一步，将裤子表面形状简化为套在相应的胶波模型(因为裤子套在胶波上，胶波充气裤子形状即胶波的形状，于是裤子的表面可以简化为胶波的外表面)上的胶波的外表面形状。
第二步，上位机生成喷涂裤子外表面的关键点信息，步骤为：
(1)如图2所示，工件坐标系的原点设在了裤裆中心点，所有关键点的坐标都是基于此坐标系的坐标。将整个裤子分别采用与XY平行的三个平面相截，其中上截面H设置在裤子上沿位置、中截面M为XY平面，下截面L为经过裤子的两条裤腿的外角点的截面。将裤裆中心点以上的裤腰区域与水平面的截面简化成长圆形，即两个直径相同的半圆及其沿圆周方向的切线组成的规则图形；将裤裆中心点以下的裤腿区域与水平面的截面简化为两个圆心都在工件坐标系X轴上的圆形。
(2)以Y轴为对称轴在上截面H的对称轴的左右两侧分别取五个上关键点，任意一侧的所述的五个上关键点位置分别为：
其中第一上关键点h1和第五上关键点h5以长圆形长方向上的轴为对称轴对称的设置在长圆形的两个直线段上，且第一上关键点h1和第五上关键点h5均位于相应直线段的中点和该直线段该侧的端点之间的中点位置。
第三上关键点h3位于长圆形的长方向上的轴与该侧的半圆弧的交点位置。
第二上关键点h2和第四上关键点h4以长圆形长方向上的轴为对称轴对称的设置在长圆形相应侧的半圆弧上，第二关键点h2和圆弧中心的连线以及第四关键点h4和圆弧中心点的连线均与长圆形长方向的轴的夹角为60度。
下面结合附图对五个上关键点再进行说明：
h1和h5点位于图5两个半圆圆弧的切线段中，其中h1点是下方切线段中点e和右端点f两点的中点，h5点是上方切线段中点b和右端点c之间的线段的中点；h3点位于右侧圆弧最右端，h2和h4点与圆弧中心的连线均与h3点与圆弧中心的连线的夹角为60度。
将中截面与裤腿的相交轮廓面简化为两个相切的中间圆，中间圆的直径近似为大腿直径d1，每条裤腿上的六个中间关键点m1、m2、m3、m4、m5、m6分别在相应的中间圆上沿逆时针方向均布。其中第一个中间关键点m1和中间圆的圆心的连线与工件坐标系X轴的夹角为60度。
将下截面L与裤腿的相交轮廓面简化为以Y轴为对称轴的左右两个下边界圆，两个下边界圆的直径近似为小腿直径d2，每条裤腿上的六个下关键点p1、p2、p3、p4、p5、p6分别在相应的下边界圆上沿逆时针方向均布。其中第一个中间关键点p1和相应下边界圆的圆心的连线与两圆圆心连线夹角为60度。
(3)分别计算每一个上关键点、中间关键点以及下关键点在工件坐标系中的坐标值。
关于三个截面上关键点的坐标位置详细如下所述：
如图5所示，其中十个上边界关键点截面，选取右侧举例，每一侧有五个关键点，图上的h1-h5点就是右侧的五个上关键点。五个关键点的Z值就是腰高长度h，关键点的X,Y值可通过将图2中H平面相对于裤子的截面近似成两个半圆及其切线组成的规则几何图形求出(如图5，h1和h5点的X值为k/4)，图中的k值可以通过图5中的腰宽ww和腰径wd计算的出，具体为k＝ww-wd。h3,h4,h5点位于圆弧上根据各点在圆上的几何关系容易得到这三个关键点的X,Y坐标值。
六个中间关键点所在的位置如图6所示，中间点所在的平面图形是图2中的H平面(z＝0的平面)与裤子模型的截面，截面简化为图6中的两个相切的圆，圆的直径近似为大腿直径d1。其中中间关键点的Z坐标值是0,各关键点在圆上均匀分布，其X,Y值根据裤裆处大腿围的直径d1很容易计算得出，此处不再赘述。
六个下边界关键点所在的位置如图7所示，图7所示的平面图形是图2中L平面与裤子模型的截面简化形状。各下关键点的Z坐标值通过内长s，撑开距离D计算得出，如图2所示，(勾股定理)；而关于各个下关键点X和Y值通过以下方式计算：此时图7简化几何模型中W简化为图2撑开距离D，即W＝D；圆的直径简化为小腿直径d2。已知W和d2的值后根据简单的几何关系容易得到各个下边界关键点的X,Y坐标值。
(4)按照裤子在实际加工中随胶波绕胶波中心依次旋转的角度，计算出所有关键点在旋转后的新的坐标值。具体计算方法采用现有方法即可，如：当裤子(胶波)需要绕中心位置旋转时，先将所有关键点坐标值写成列向量形式[Xg,Yg,Zg]T.然后左乘一个绕胶波旋转轴的3乘3的旋转矩阵，得到新的关键点位置点。
(5)将步骤一中形成的姿态模板库中轨迹点的Z坐标值与所有关键点的Z坐标值依次进行比较，上位机中姿态模板库中的轨迹点的Z坐标值与服装关键点的Z方向位置坐标差值在1mm内即认为两者的Z坐标值匹配，最终在姿态模板库中选出和关键点总数相同的姿态使其一一对应，将拖动示教形成的模板库中的姿态值(Q1,Q2,Q3,Q4)与关键点的位置值(Xg,Yg,Zg)结合形成完整的喷涂路径关键点的位置姿态信息(Xg,Yg,Zg,Q1,Q2,Q3,Q4)。然后将每个关键点的位置姿态信息存储到一个数组[N,Xg,Yg,Zg,Q1,Q2,Q3,Q4]中，其中N代表关键点的顺序。计算好所有关键点的位置姿态信息后，上位机不是立即将此数据传输给机器人控制器，而是先储存该数据。上位计算机后续发送数据给机器人控制器时将使用此类型数组。
步骤四、在人机交互界面的关键点位置修正参数框输入关键点位置修正值，所述的补偿值的初始值均设定为0。当首次试喷涂完成后对于某些点的位置不满意需要微调时，采用此参数进行调整，可以实现喷涂路径中关键点位置的变化，达到更准确的喷涂效果。
步骤五、在上位机人机界面参数输入框中设定延迟开枪距离和提前关枪距离。
在实际喷涂长度短于设定的最长路径下，根据实际喷涂长度需求设置延迟开枪距离和提前关枪距离，如图4所示，通过这样设置可以实现同样的运动轨迹下，机器人可以根据实际需要实现不同长度的涂料覆盖，如果喷涂长度为最长路径，则延迟开枪距离和提前关枪距离设置为零。
步骤六、点击人机交互界面的“更新并传送”按钮，上位机向机器人控制器传输工艺数据，所述的工艺数据包括叠加了关键点位置修正数据后的关键点位置姿态数据、延迟开枪距离和提前关枪距离以及喷涂速度。
步骤七、机器人控制器依据各关键点的位置进行最长喷涂路径规划，具体为：以YZ平面为对称平面将裤子分成左右两部分，两部分的路径规划彼此对称设置，其中任意一部分的路径规划包括六条路径分别为：第一路径：h1-m1-p1；第二路径：h2-m2-p2；第三路径：h3-m3-p3；第四路径：h4-m4-p4；第五路径：h5-m5-p5；第六路径：m6-p6。
下面结合附图对路径规划进行进一步说明：
由于左右腿是对称关系，在此以裤子右侧举例。步骤三生成的右侧关键点分为上关键点h1-h5，中间关键点m1-m6，下关键点p1-p6，右侧这17个关键点共生成6条喷涂路径。
其中，路径1：起点为图5上关键点截面图中位于半圆切线的下切线段中h1点，中间过渡点为图6所示中间关键点中位于右侧圆上的m1点，终点为图7下关键点中位于右侧圆的p1点。
路径2：起点为图5上关键点中位于右半圆弧的h2点，中间过渡点为图6所示中间关键点中位于右侧圆上的m2点，终点为图7下关键点中位于右侧圆的p2点。
路径3：起点为图5上关键点中位于右半圆弧上的h3点，中间过渡点为图6所示中间关键点中位于右侧圆上的m3点，终点为图7下关键点中位于右侧圆的p3点。
路径4：起点为图5上关键点中位于右半圆弧上的h4点，中间过渡点为图6所示中间关键点中位于右侧圆上的m4点，终点为图7下关键点中位于右侧圆的p4点。
路径5：起点为图5上关键点中位于右半圆弧上的h5点，中间过渡点为图6所示中间关键点中位于右侧圆上的m5点，终点为图7下关键点中位于右侧圆的p5点。
路径6：起点为图6所示中间关键点中位于右侧圆上的m6点，终点为图7下关键点中位于右侧圆的p6点。
同理，左侧裤子同样可以形成对称的六条喷涂路径。整个裤子通过12条喷涂路径对裤子外表面进行了全覆盖。
步骤八、点击上位机上人机交互界面运行按钮，机器人控制器控制机器人进行喷涂。
喷涂过程中，在完成一条设定的路径喷涂后，胶波按照预先设定的旋转角度旋转并且通过PLC控制的电机转到固定角度停止，然后PLC向机器人控制器发出到位信号，机器人根据胶波旋转后下一路径各关键点的位置继续进行喷涂，如此往复直到喷涂整体完成。喷涂过程中的前五条轨迹(如图3所示)每条轨迹都包括三个关键点(路径6包含两个关键点)；
步骤九、人工观察喷涂效果，机器人喷涂轨迹准确，喷涂效果满足工作要求，则断开上位机与机器人控制器的连接，若喷涂效果不满足工作要求，则修改步骤四中的关键点位置修正参数以改善喷涂效果，重新生成关键点坐标数据并传输给机器人控制器，更新工艺数据后机器人继续喷涂直到满足要求为止，然后在机器人控制器备份并储存关键点的位置信息，喷涂速度，以及延迟开枪距离和提前关枪距离。
改变关键点位置修正参数具体方法是，如果两个竖直方向关键点之间喷涂图案的长度太长，可以通过修改喷涂工艺补偿参数将两个关键点的坐标进行修正，例如两个关键点坐标分别是(80,80,100)和(80,80，-100)，通过人工观察确定图案长度缩小6mm较为合适，则可以将两个关键点的工艺补偿参数分别设置为(0,0，-3)和(0,0,3)。又如，其中一个点在工艺补偿之前数据为[N,12,23,34,Q1,Q2,Q3,Q4]，此点的关键点位置修正系数值为(3，-2,1)，那最终机器人收到的数组是[N,15,21,33,Q1,Q2,Q3,Q4]。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种使用协作机器人进行服装喷涂的工艺数据生成和传输方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、建立机器人喷涂姿态模板库，具体包括以下步骤：
第一步，将协作机器人切换到转矩控制模式，然后协作机器人的电机使能上电，采用协作机器人的拖动示教功能在机器人控制器中生成机器人拖动示教程序，其中所述的拖动示教功能是借助人手拖动机器人末端执行器按照一定轨迹运动，机器人控制器记录人手拖动机器人末端执行器形成的轨迹点的关节坐标数据，在机器人控制器生成一系列包含机器人末端执行器的轨迹点关节坐标位置的拖动示教程序；
第二步，机器人作为客户端访问上位计算机建立的服务器，机器人控制器通过socket通信，将拖动示教程序中的所有位置点的关节坐标数据按照数组格式传输给上位计算机，数据格式为p关节[i]＝[θ1i，θ2i，θ3i，θ4i，θ5i，θ6i]，其中i代表拖动示教形成位置点的序号,θ1i-θ6i分别代表第i点六个关节坐标角度；
第三步，所述的上位计算机接收机器人控制器输出的拖动示教形成的位置点关节坐标数据并通过六轴串联机器人正解公式进行数据处理，得到各个位置点关节坐标数据对应的机器人末端执行器在机器人基座直角坐标系下的位置值(Xj,Yj,Zj)和使用欧拉角表示的姿态值(A,B,C)；
第四步，该基坐标系下位置点Z坐标值Zj转换成在机器人工件坐标系下的Z坐标值Zg，所述的工件坐标系原点位置设置在位于胶波模型上的服装的裤裆的中心位置，工件坐标系的Z轴正方向竖直向上；Y轴正方向是从裤子正面指向裤子反面；X方向采用右手系法则确定；
然后，根据胶波模型和机器人安装位置在Z坐标轴方向的差值，将机器人基坐标系下的各个所述的位置值的Z坐标值Zj转换成基于工件坐标系上的Z坐标Zg，舍弃基坐标系下轨迹点的X,Y轴坐标；再通过欧拉角和四元数的转换公式，将每个拖动示教轨迹点使用欧拉角表示的姿态值(A,B,C)转换为采用四元数表示的姿态值(Q1，Q2，Q3，Q4)，加上数据Zg,写成数组形式的每个点数据格式转换成[Zg,Q1，Q2，Q3，Q4]；所有位置点除去X，Y轴信息后的数据格式表示为[Zg，Q1i，Q2i，Q3i，Q4i]；第二步中以六个关节坐标形式表示的位置点(p关节[i]＝[θ1i，θ2i，θ3i，θ4i，θ5i，θ6i])通过机器人正解公式和欧拉角转化四元数公式，然后舍弃X,Y值，转化成工件坐标系下包含Z坐标和四元数的格式：p工作[i]＝[Zg，Q1i，Q2i，Q3i，Q4i]，i代表转换后的拖动示教形成的点的序号，将该数组集合定义为一种拖动模式姿态的模板，并在上位机储存此姿态模板；
第五步，重复第一步至第四步，根据喷涂实际需求场景拖动示教不同的姿态动作，形成机器人对服装喷涂不同图案时采用不同的喷涂姿态模板库；
步骤二、通过上位机的人机交互界面设定喷涂参数，所述的人机交互界面是基于python语言编程得到，包括多个参数输入框：
第一步，在人机交互界面的服装参数输入框中输入服装的关键尺寸信息，包括，牛仔裤的腰高、大腿直径、小腿直径、内长、撑开距离、腰宽和腰径；
第二步，根据喷涂图案需要从姿态模板库中选择姿态模板；
第三步，在人机交互界面输入喷涂速度；
步骤三，将所述的服装关键尺寸的信息转化成喷涂关键点信息，具体步骤为：
第一步，将裤子表面形状简化为套在相应的胶波模型上的胶波的外表面形状；
第二步，上位机生成喷涂裤子外表面的关键点信息，步骤为：
(1)将整个裤子分别采用与XY平行的三个平面相截，其中上截面H设置在裤子上沿位置、中截面M为XY平面，下截面L为经过裤子的两条裤腿的外角点的截面；将裤裆中心点以上的裤腰区域与水平面的截面简化成长圆形；将裤裆中心点以下的裤腿区域与水平面的截面简化为两个圆心都在工件坐标系X轴上的圆形；
(2)以Y轴为对称轴在上截面H的对称轴的左右两侧分别取五个上关键点，任意一侧的所述的五个上关键点位置分别为：
其中第一上关键点h1和第五上关键点h5以长圆形长方向上的轴为对称轴对称的设置在长圆形的两个直线段上，且第一上关键点h1和第五上关键点h5均位于相应直线段的中点和该直线段该侧的端点之间的中点位置；
第三上关键点h3位于长圆形的长方向上的轴与该侧的半圆弧的交点位置；
第二上关键点h2和第四上关键点h4以长圆形长方向上的轴为对称轴对称的设置在长圆形相应侧的半圆弧上，第二关键点h2和圆弧中心的连线以及第四关键点h4和圆弧中心点的连线均与长圆形长方向的轴的夹角为60度；
将中截面与裤腿的相交轮廓面简化为两个相切的中间圆，中间圆的直径近似为大腿直径d1，每条裤腿上的六个中间关键点m1、m2、m3、m4、m5、m6分别在相应的中间圆上沿逆时针方向均布，其中第一个中间关键点m1和中间圆的圆心的连线与工件坐标系X轴的夹角为60度；
将下截面L与裤腿的相交轮廓面简化为以Y轴为对称轴的左右两个下边界圆，两个下边界圆的直径近似为小腿直径d2，每条裤腿上的六个下关键点p1、p2、p3、p4、p5、p6分别在相应的下边界圆上沿逆时针方向均布，其中第一个中间关键点p1和相应下边界圆的圆心的连线与两圆圆心连线夹角为60度；
(3)分别计算每一个上关键点、中间关键点以及下关键点在工件坐标系中的坐标值；
(4)按照裤子在实际加工中随胶波绕胶波中心依次旋转的角度，计算出所有关键点在旋转后的新的坐标值；
(5)将步骤一中形成的姿态模板库中轨迹点的Z坐标值与所有关键点的Z坐标值依次进行比较，上位机中姿态模板库中的轨迹点的Z坐标值与服装关键点的Z方向位置坐标差值在1mm内即认为两者的Z坐标值匹配，最终在姿态模板库中选出和关键点总数相同的姿态使其一一对应，将拖动示教形成的模板库中的姿态值(Q1，Q2，Q3，Q4)与关键点的位置值(Xg，Yg，Zg)结合形成完整的喷涂路径关键点的位置姿态信息(Xg，Yg，Zg,Q1，Q2，Q3，Q4)；然后将每个关键点的位置姿态信息存储到一个数组[N,Xg，Yg，Zg,Q1，Q2，Q3，Q4]中，其中N代表关键点的顺序；
步骤四、在人机交互界面的关键点位置修正参数框输入关键点位置修正值，所述的补偿值的初始值均设定为0；
步骤五、在上位机人机界面参数输入框中设定延迟开枪距离和提前关枪距离；
在实际喷涂长度短于设定的最长路径下，根据实际喷涂长度需求设置延迟开枪距离和提前关枪距离，如果喷涂长度为最长路径，则延迟开枪距离和提前关枪距离设置为零；
步骤六、点击人机交互界面的“更新并传送”按钮，上位机向机器人控制器传输工艺数据，所述的工艺数据包括叠加了关键点位置修正数据后的关键点位置姿态数据、延迟开枪距离和提前关枪距离以及喷涂速度；
步骤七、机器人控制器依据各关键点的位置进行最长喷涂路径规划，具体为：以YZ平面为对称平面将裤子分成左右两部分，两部分的路径规划彼此对称设置，其中任意一部分的路径规划包括六条路径分别为：第一路径：h1-m1-p1；第二路径：h2-m2-p2；第三路径：h3-m3-p3；第四路径：h4-m4-p4；第五路径：h5-m5-p5；第六路径：m6-p6；
步骤八、点击上位机上人机交互界面运行按钮，机器人控制器控制机器人进行喷涂：
喷涂过程中，在完成一条设定的路径喷涂后，胶波按照预先设定的旋转角度旋转并且通过PLC控制的电机转到固定角度停止，然后PLC向机器人控制器发出到位信号，机器人根据胶波旋转后下一路径各关键点的位置继续进行喷涂，如此往复直到喷涂整体完成；
步骤九、人工观察喷涂效果，机器人喷涂轨迹准确，喷涂效果满足工作要求，则断开上位机与机器人控制器的连接，若喷涂效果不满足工作要求，则修改步骤四中的关键点位置修正参数以改善喷涂效果，重新生成关键点坐标数据并传输给机器人控制器，更新工艺数据后机器人继续喷涂直到满足要求为止，然后在机器人控制器备份并储存关键点的位置信息，喷涂速度，以及延迟开枪距离和提前关枪距离。
2.根据权利要求1所述的使用协作机器人进行服装喷涂的工艺数据生成和传输方法，其特征在于：机器人控制器采样时间间隔为2ms-5ms，采样时间设定为1分钟。
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