CN110826242A - 管道内喷涂轨迹优化系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管道内喷涂轨迹优化系统，包括基本信息录入模块，用于录入目标管道的带尺寸标注的设计图纸以及涂层要求、喷涂机械在不同档位下在该目标管道内工作时对应的喷涂覆盖面积以及喷涂覆盖厚度；管道内障碍物识别模块，用于实现管道内障碍物所在位置以及障碍物尺寸数据的获取；喷涂机械运动路线规划模块，基于所得的障碍物所在位置和障碍物尺寸数据，规划喷涂机械运动路线；管道内壁面积获取模块，用于根据录入的设计图纸以障碍物为基准将管道分割成若干个模块，并实现每个模块内壁面积的计算；喷涂轨迹优化模块，以综合成本最小为目标进行喷涂机械喷涂轨迹的优化。本发明实现了喷涂轨迹的优化，从而保证了涂层的性能。

Description

管道内喷涂轨迹优化系统及方法

技术领域

本发明涉及管道喷涂技术领域，具体涉及一种管道内喷涂轨迹优化系统及方法。

背景技术

金属管道是传送液体或气体的工具，广泛应用于各个领域。金属管道在使用过程中，其内壁难免会有结垢、腐蚀等问题，从而影响金属管道内工质的输送工作及降低管道的使用寿命。目前，针对金属管道内壁的保护，通常采取的方法就是在管道内壁涂装防腐、不沾涂料，而管道内涂料的喷涂效果则决定了涂层后续的性能，管道内涂料的喷涂效果与物体表面形状、喷涂过程参数等诸多因素有关。为了达到新的喷涂作业标准，实现高效低成本的生成目标，对喷涂机械人的轨迹优化已成为国内外学者关注的热点。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种管道内喷涂轨迹优化系统及方法，实现了喷涂轨迹的优化，从而保证了涂层的性能。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

管道内喷涂轨迹优化系统，包括：

基本信息录入模块，用于录入目标管道的带尺寸标注的设计图纸以及涂层要求，录入喷涂机械在不同档位下在该目标管道内工作时对应的喷涂覆盖面积以及喷涂覆盖厚度；

管道内障碍物识别模块，根据录入的设计图纸实现管道内障碍物所在位置以及障碍物尺寸数据的获取；

喷涂机械运动路线规划模块，基于所得的障碍物所在位置和障碍物尺寸数据，以喷涂机械起始工作的点为起点，以喷涂完毕后喷涂机械所在的点为终点，规划喷涂机械运动路线；

管道内壁面积获取模块，用于根据录入的设计图纸以障碍物为基准将管道分割成若干个模块，并实现每个模块内壁面积的计算；

喷涂轨迹优化模块，以涂层要求、喷涂机械在不同档位下对应的喷涂覆盖面积、喷涂覆盖厚度以及每个模块面积的计算结果为基础，以综合成本最小为目标进行喷涂机械喷涂轨迹的优化。

进一步地，喷涂机械在不同档位下在该目标管道内工作时对应的喷涂覆盖面积以及喷涂覆盖厚度通过管道预喷涂获取，每个预喷涂操作重复3次，取平均值。

进一步地，所述管道内障碍物识别模块首先采用ssd目标检测算法进行管内障碍物的识别定位，然后基于数据挖掘模块挖掘获取管内障碍物标注的尺寸。

进一步地，所述涂层要求至少包括涂层的材质以及涂层的厚度。

进一步地，所述喷涂轨迹优化模块基于MATLAB实现。

进一步地，还包括：

仿真模型构建模块，用于根据带尺寸标注的设计图纸使用ADAMS建立管道模型；

硬点表构建模块，用于获取管道模型中的所有硬点的位置坐标信息，形成一个可修改的硬点表，硬点表中包括各硬点坐标名称，以及每一硬点对应的坐标数值、以及相邻两个坐标之间在距离值；

涂层模型构建模块，用于根据所获取的硬点的位置坐标信息建立以涂层硬点模型；

模型组合模块，用于完成管道模型、涂层硬点模型的套叠操作；

虚拟作动器，与硬点表建立关系后，将接收到的喷涂机械喷涂轨迹转换为对应的控制命令至硬点表，驱动硬点表内参数在指定的范围内进行变动，从而实现喷涂机械喷涂轨迹的预演，还可以驱动仿真分析算法针对不同的参数进行计算求解；

虚拟传感器，为在涂层硬点模型中插入的能直接获取相应的结果或信息的目标的逻辑单元；

在仿真模拟的过程中，虚拟作动器通过循环执行仿真分析算法，将结果反馈给给虚拟传感器，所述虚拟传感器接收结果并自动显示数据。

本发明还提供了一种管道内喷涂轨迹优化方法，包括如下步骤：

S1、通过预喷涂操作实现喷涂机械在不同档位下在该目标管道内工作时对应的喷涂覆盖面积以及喷涂覆盖厚度的获取，每个预喷涂操作重复3次，取平均值；

S2、通过基本信息录入模块录入目标管道的带尺寸标注的设计图纸、涂层要求以及喷涂机械在不同档位下在该目标管道内工作时对应的喷涂覆盖面积以及喷涂覆盖厚度；

S3、采用ssd目标检测算法进行管内障碍物的识别定位，然后基于数据挖掘模块挖掘获取管内障碍物标注的尺寸；

S4、基于所得的障碍物所在位置和障碍物尺寸数据，以喷涂机械起始工作的点为起点，以喷涂完毕后喷涂机械所在的点为终点，规划喷涂机械运动路线；

S5、通过管道内壁面积获取模块根据录入的设计图纸以障碍物为基准将管道分割成若干个模块，并实现每个模块内壁面积的计算；

S6、基于MATLAB以涂层要求、喷涂机械在不同档位下对应的喷涂覆盖面积、喷涂覆盖厚度以及每个模块面积的计算结果为基础，以综合成本最小为目标进行喷涂机械喷涂轨迹的优化。

进一步地，还包括进行喷涂机械喷涂轨迹演示分析的步骤，具体的：

通过仿真模型构建模块根据带尺寸标注的设计图纸使用ADAMS建立管道模型；

通过硬点表构建模块获取管道模型中的所有硬点的位置坐标信息，形成一个可修改的硬点表；

通过涂层模型构建模块根据所获取的硬点的位置坐标信息建立以涂层硬点模型；

通过模型组合模块完成管道模型、涂层硬点模型的套叠操作；

在涂层硬点模型中插入虚拟作动器，建立虚拟作动器与硬点表的关系，将接收到的喷涂机械喷涂轨迹转换为对应的控制命令至硬点表，驱动硬点表内参数在指定的范围内进行变动，从而实现喷涂机械喷涂轨迹的预演；

在涂层硬点模型中插入能直接获取相应的结果或信息的目标的逻辑单元，通过虚拟作动器循环执行仿真分析算法，将结果反馈给给虚拟传感器，所述虚拟传感器接收结果并自动显示数据。

本发明具有以下有益效果：

1）通过障碍物的识别，将管道内分割为若干个模块，再针对每个模块的面积制定合适的喷涂轨迹，从而减小了管道内障碍物对涂层的影响，实现了喷涂机器人的精确避障，保证了涂层的喷涂质量。

2）以喷涂机器人在当前规格的管道内每个档位的喷涂覆盖面积以及喷涂覆盖厚度为基准进行喷涂轨迹的规划，大大提供了喷涂轨迹的针对性。

3）基于MATLAB自动实现喷涂轨迹的计算，大大提高了数据的处理效率。

4）系统自带可视化仿真分析功能，可以实现喷涂轨迹的预览和分析，便于工作人员对喷涂轨迹参数进行适应性的优化调整。

附图说明

图1为本发明实施例管道内喷涂轨迹优化系统的系统框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明实施例提供了一种管道内喷涂轨迹优化系统，包括：

基本信息录入模块，用于录入目标管道的带尺寸标注的设计图纸以及涂层要求，所述涂层要求至少包括涂层的材质以及涂层的厚度，录入喷涂机械在不同档位下在该目标管道内工作时对应的喷涂覆盖面积以及喷涂覆盖厚度；

管道内障碍物识别模块，根据录入的设计图纸实现管道内障碍物所在位置以及障碍物尺寸数据的获取；其首先采用ssd目标检测算法进行管内障碍物的识别定位，然后基于数据挖掘模块挖掘获取管内障碍物标注的尺寸；障碍物识别定位的结构为以喷涂机械起始工作的点为原点绘制的三维坐标系内的坐标；

喷涂机械运动路线规划模块，基于所得的障碍物所在位置和障碍物尺寸数据，以喷涂机械起始工作的点为起点，以喷涂完毕后喷涂机械所在的点为终点（根据管道长度计算获取），规划喷涂机械运动路线；

管道内壁面积获取模块，用于根据录入的设计图纸以障碍物为基准将管道分割成若干个模块，并实现每个模块内壁面积的计算；

喷涂轨迹优化模块，基于MATLAB实现，以涂层要求、喷涂机械在不同档位下对应的喷涂覆盖面积、喷涂覆盖厚度以及每个模块面积的计算结果为基础，以综合成本最小为目标进行喷涂机械喷涂轨迹的优化；该模块优化所得的为每个坐标点喷涂机械的工作参数，至少包括喷涂机械的工作档位、工作时间。

仿真模型构建模块，用于根据带尺寸标注的设计图纸使用ADAMS建立管道模型；

硬点表构建模块，用于获取管道模型中的所有硬点的位置坐标信息，形成一个可修改的硬点表，具体的，使用Matlab 读取所述ADAMS 硬点文件中各硬点的坐标数值导入一EXCEL 文件中，在所述EXCEL 文件的第一表单中存放有所述各硬点名称、坐标数值以及相邻两个坐标之间的距离；在所述EXCEL 文件的第二表单的第一列放置硬点坐标名称，第二列链接到第一表单中相应的坐标数值，第三列连接到第一表单中的相应的两个坐标之间的距离，所述EXCEL文件即为所述可修改的硬点表；硬点表中包括各硬点坐标名称，以及每一硬点对应的坐标数值、以及相邻两个坐标之间在距离值；

涂层模型构建模块，用于根据所获取的硬点的位置坐标信息建立以涂层硬点模型；

模型组合模块，用于完成管道模型、涂层硬点模型的套叠操作；

虚拟作动器，与硬点表建立关系后，将接收到的喷涂机械喷涂轨迹转换为对应的控制命令至硬点表，驱动硬点表内参数在指定的范围内进行变动，从而实现喷涂机械喷涂轨迹的预演，还可以驱动仿真分析算法针对不同的参数进行计算求解；

虚拟传感器，为在涂层硬点模型中插入的能直接获取相应的结果或信息的目标的逻辑单元；

在仿真模拟的过程中，虚拟作动器通过循环执行仿真分析算法，将结果反馈给给虚拟传感器，所述虚拟传感器接收结果并自动显示数据

中央处理器，用于实现协调上述模块工作。

本实施例中，喷涂机械在不同档位下在该目标管道内工作时对应的喷涂覆盖面积以及喷涂覆盖厚度通过管道预喷涂获取，每个预喷涂操作重复3次，取平均值。

本发明还提供了7、一种管道内喷涂轨迹优化方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、通过预喷涂操作实现喷涂机械在不同档位下在该目标管道内工作时对应的喷涂覆盖面积以及喷涂覆盖厚度的获取，每个预喷涂操作重复3次，取平均值；

S2、通过基本信息录入模块录入目标管道的带尺寸标注的设计图纸、涂层要求以及喷涂机械在不同档位下在该目标管道内工作时对应的喷涂覆盖面积以及喷涂覆盖厚度；

S3、采用ssd目标检测算法进行管内障碍物的识别定位，然后基于数据挖掘模块挖掘获取管内障碍物标注的尺寸；

S4、基于所得的障碍物所在位置和障碍物尺寸数据，以喷涂机械起始工作的点为起点，以喷涂完毕后喷涂机械所在的点为终点，规划喷涂机械运动路线；

S5、通过管道内壁面积获取模块根据录入的设计图纸以障碍物为基准将管道分割成若干个模块，并实现每个模块内壁面积的计算；

S6、基于MATLAB以涂层要求、喷涂机械在不同档位下对应的喷涂覆盖面积、喷涂覆盖厚度以及每个模块面积的计算结果为基础，以综合成本最小为目标进行喷涂机械喷涂轨迹的优化。

进一步地，还包括进行喷涂机械喷涂轨迹演示分析的步骤，具体的：

通过仿真模型构建模块根据带尺寸标注的设计图纸使用ADAMS建立管道模型；

通过硬点表构建模块获取管道模型中的所有硬点的位置坐标信息，形成一个可修改的硬点表；

通过涂层模型构建模块根据所获取的硬点的位置坐标信息建立以涂层硬点模型；

通过模型组合模块完成管道模型、涂层硬点模型的套叠操作；

在涂层硬点模型中插入虚拟作动器，建立虚拟作动器与硬点表的关系，将接收到的喷涂机械喷涂轨迹转换为对应的控制命令至硬点表，驱动硬点表内参数在指定的范围内进行变动，从而实现喷涂机械喷涂轨迹的预演；

在涂层硬点模型中插入能直接获取相应的结果或信息的目标的逻辑单元，通过虚拟作动器循环执行仿真分析算法，将结果反馈给给虚拟传感器，所述虚拟传感器接收结果并自动显示数据。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (8)

1.管道内喷涂轨迹优化系统，其特征在于：包括：

基本信息录入模块，用于录入目标管道的带尺寸标注的设计图纸以及涂层要求，录入喷涂机械在不同档位下在该目标管道内工作时对应的喷涂覆盖面积以及喷涂覆盖厚度；

管道内障碍物识别模块，根据录入的设计图纸实现管道内障碍物所在位置以及障碍物尺寸数据的获取；

喷涂机械运动路线规划模块，基于所得的障碍物所在位置和障碍物尺寸数据，以喷涂机械起始工作的点为起点，以喷涂完毕后喷涂机械所在的点为终点，规划喷涂机械运动路线；

管道内壁面积获取模块，用于根据录入的设计图纸以障碍物为基准将管道分割成若干个模块，并实现每个模块内壁面积的计算；

喷涂轨迹优化模块，以涂层要求、喷涂机械在不同档位下对应的喷涂覆盖面积、喷涂覆盖厚度以及每个模块面积的计算结果为基础，以综合成本最小为目标进行喷涂机械喷涂轨迹的优化。

2.如权利要求1所述的管道内喷涂轨迹优化系统，其特征在于：喷涂机械在不同档位下在该目标管道内工作时对应的喷涂覆盖面积以及喷涂覆盖厚度通过管道预喷涂获取，每个预喷涂操作重复3次，取平均值。

3.如权利要求1所述的管道内喷涂轨迹优化系统，其特征在于：所述管道内障碍物识别模块首先采用ssd目标检测算法进行管内障碍物的识别定位，然后基于数据挖掘模块挖掘获取管内障碍物标注的尺寸。

4.如权利要求1所述的管道内喷涂轨迹优化系统，其特征在于：所述涂层要求至少包括涂层的材质以及涂层的厚度。

5.如权利要求1所述的管道内喷涂轨迹优化系统，其特征在于：所述喷涂轨迹优化模块基于MATLAB实现。

6.如权利要求1所述的管道内喷涂轨迹优化系统，其特征在于：还包括：

仿真模型构建模块，用于根据带尺寸标注的设计图纸使用ADAMS建立管道模型；

硬点表构建模块，用于获取管道模型中的所有硬点的位置坐标信息，形成一个可修改的硬点表，硬点表中包括各硬点坐标名称，以及每一硬点对应的坐标数值、以及相邻两个坐标之间在距离值；

涂层模型构建模块，用于根据所获取的硬点的位置坐标信息建立以涂层硬点模型；

模型组合模块，用于完成管道模型、涂层硬点模型的套叠操作；

虚拟作动器，与硬点表建立关系后，将接收到的喷涂机械喷涂轨迹转换为对应的控制命令至硬点表，驱动硬点表内参数在指定的范围内进行变动，从而实现喷涂机械喷涂轨迹的预演，还可以驱动仿真分析算法针对不同的参数进行计算求解；

虚拟传感器，为在涂层硬点模型中插入的能直接获取相应的结果或信息的目标的逻辑单元；

在仿真模拟的过程中，虚拟作动器通过循环执行仿真分析算法，将结果反馈给给虚拟传感器，所述虚拟传感器接收结果并自动显示数据。

7.一种管道内喷涂轨迹优化方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、通过预喷涂操作实现喷涂机械在不同档位下在该目标管道内工作时对应的喷涂覆盖面积以及喷涂覆盖厚度的获取，每个预喷涂操作重复3次，取平均值；

S2、通过基本信息录入模块录入目标管道的带尺寸标注的设计图纸、涂层要求以及喷涂机械在不同档位下在该目标管道内工作时对应的喷涂覆盖面积以及喷涂覆盖厚度；

S3、采用ssd目标检测算法进行管内障碍物的识别定位，然后基于数据挖掘模块挖掘获取管内障碍物标注的尺寸；

S4、基于所得的障碍物所在位置和障碍物尺寸数据，以喷涂机械起始工作的点为起点，以喷涂完毕后喷涂机械所在的点为终点，规划喷涂机械运动路线；

S5、通过管道内壁面积获取模块根据录入的设计图纸以障碍物为基准将管道分割成若干个模块，并实现每个模块内壁面积的计算；

S6、基于MATLAB以涂层要求、喷涂机械在不同档位下对应的喷涂覆盖面积、喷涂覆盖厚度以及每个模块面积的计算结果为基础，以综合成本最小为目标进行喷涂机械喷涂轨迹的优化。

8.如权利要求1所述的一种管道内喷涂轨迹优化方法，其特征在于：还包括进行喷涂机械喷涂轨迹演示分析的步骤，具体的：

通过仿真模型构建模块根据带尺寸标注的设计图纸使用ADAMS建立管道模型；

通过硬点表构建模块获取管道模型中的所有硬点的位置坐标信息，形成一个可修改的硬点表；

通过涂层模型构建模块根据所获取的硬点的位置坐标信息建立以涂层硬点模型；

通过模型组合模块完成管道模型、涂层硬点模型的套叠操作；

在涂层硬点模型中插入虚拟作动器，建立虚拟作动器与硬点表的关系，将接收到的喷涂机械喷涂轨迹转换为对应的控制命令至硬点表，驱动硬点表内参数在指定的范围内进行变动，从而实现喷涂机械喷涂轨迹的预演；

在涂层硬点模型中插入能直接获取相应的结果或信息的目标的逻辑单元，通过虚拟作动器循环执行仿真分析算法，将结果反馈给给虚拟传感器，所述虚拟传感器接收结果并自动显示数据。

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