CN111761580B - 一种多机器人图案喷涂的工作区柔性分割方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于机器人喷涂技术领域，具体涉及一种多机器人图案喷涂的工作区柔性分割方法。在多个机器人对工件目标同时喷涂斑点迷彩图案时，在工作区硬分割的基础上，针对跨不同工作区的迷彩斑块，通过机器人逆运动学算法计算斑块中心所在区域的机器人能否喷到最远路径点，进而决定是否将迷彩斑块拆分为小单元划分到两个工作区，通过柔性划分使很多跨工作区但在某机器人喷涂范围内的斑块由同一机器人喷涂，避免硬分割造成的喷涂缺陷。

Description

一种多机器人图案喷涂的工作区柔性分割方法
技术领域：
本发明属于机器人喷涂技术领域，具体涉及一种多机器人图案喷涂的工作区柔性分割方法。
背景技术：
斑点迷彩是由多色曲线状斑块组成的特殊图案，经常涂装于军用装备表面，形成迷彩伪装效果。目前机器人喷涂工作区划分通常是采用垂直平面切割法对喷涂工件中心平均分割形成工作区，这在机器人迷彩喷涂路径规划时会将很多曲线状斑块硬生地分割为不同工作区的多个部分小单元，分配给不同机器人喷涂。实际喷涂过程中会出现如下情况：
(1)分割后的小斑块宽度可能小于喷幅，难于直接喷涂；
(2)原有曲线斑块被分割为两个机器人喷涂，由于误差原因导致不能准确连接成原有形状，影响图案效果；
(3)大斑块分割为小单元后，喷涂轨迹变得繁琐，延长了喷涂时间，降低了喷涂效率。
发明内容：
本发明要解决的技术问题是目前机器人喷涂工作区采用垂直平面切割法进行工作区划分时存在的斑块分割小单元难喷涂、图形分割导致连接误差、喷涂效率降低这三个典型问题。
为解决上述问题，本发明提出一种多机器人同时对一个工件目标喷涂图案时的工作区柔性分割方法，可以应用在两台及以上机器人协作喷涂斑点迷彩等定制图案时的机器人路径规划与轨迹生成。
为达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现，一种多机器人图案喷涂的工作区柔性分割方法，包括以下步骤：
(1)场景设置：分别安置导轨、机器人和喷涂目标；
(2)工作区柔性分割：
(2-1)创建经过喷涂目标中心点且平行于导轨的垂直平面作为工作区划分平面，计算各斑块是否与工作区划分平面存在交点，确定跨区斑块；
(2-2)划分工作区时，对横跨两个工作区需要分割的斑块，先计算斑块边界路径点的坐标平均值得到斑块中心点坐标，通过判断斑块中心点坐标位于工作区划分平面的哪一侧来确定跨区斑块中心点所属机器人；
(2-3)在跨区斑块的边界路径点集合中搜索距离所属机器人所在导轨垂直距离最远的路径点作为最远路径点；
(2-4)完善最远路径点的位姿(即位置和姿态)信息，包括该路径点的空间坐标值(X,Y,Z)以及机器人末端执行器(喷枪)喷涂该点时的方位姿态(Rx,Ry,Rz)，路径点的位姿需保证机器人喷枪在喷涂作业时始终垂直于喷涂目标表面并按照事先规划好的喷涂方向完成喷涂作业；
(2-5)机器人逆运动学算法是已知机器人基坐标位姿、机器人各构件尺寸和目标点位姿信息，计算机器人末端执行器(喷枪)与目标点位姿重合时机器人各关节的转角信息，若有解且各关节转角均在机器人关节限制范围内，则机器人对该目标点为可达，否则为不可达；机器人可在导轨上沿X轴移动，可将机器人停在最远路径点一侧较近的位置，通过机器人逆运动学算法判断机器人在该位置对最远路径点的可达性(考虑机器人末端的喷枪尺寸及枪距)，若不可达则使机器人沿导轨朝着远离最远路径点的方向移动较小距离后再判断可达性，循环此操作直到可达为止，若机器人超出导轨限制位置仍未找到可达位置，则认为机器人对最远路径点不可达，转至步骤2-7；若可达，转至步骤2-6；
(2-6)柔性分割的斑块，由所属机器人一次喷涂；
(2-7)硬分割的斑块，按工作区划分平面划分为两个单元块，由两台机器人分别喷涂，分割形成的边界不重复喷涂；
(3)柔性分割结果展示验证。
进一步的，所述步骤(1)为，两导轨间隔一定距离平行固定于地面，两台机器人分别安装于两导轨上，可沿导轨移动，喷涂目标放置于两导轨正中间位置。两台机器人可在导轨上移动位置配合完成对喷涂目标的喷涂工作。
进一步的，所述步骤(3)为，将柔性分割完生成的G代码导入机器人软件中仿真测试，验证符合柔性分割条件的跨工作区的斑块可由一台机器人完成喷涂。
本发明的有益效果为：
本发明在多个机器人对工件目标同时喷涂斑点迷彩图案时，在工作区硬分割的基础上，针对跨不同工作区的迷彩斑块，通过机器人逆运动学算法计算斑块中心所在区域的机器人能否够到最远路径点，进而决定是否将迷彩斑块拆分为小单元划分到两个工作区，通过柔性划分使很多在喷涂范围内的斑块由同一机器人喷涂，避免硬分割造成的缺陷。
附图说明
图1是本发明的算法流程图；
图2是实施例1的多机器人喷涂场景图；
图3是实施例1的仿真测试图Ⅰ；
图4是实施例1的仿真测试图Ⅱ。
具体实施方式：
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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做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。
实施例1：
一种多机器人图案喷涂的工作区柔性分割方法，包括以下步骤：
(1)场景设置：如图2所示，两导轨间隔一定距离平行固定于地面，两台机器人分别安装于两导轨上，可沿导轨移动，喷涂目标放置于两导轨正中间位置。两台机器人可在导轨上移动位置配合完成对喷涂目标的喷涂工作。
(2)工作区柔性分割：
(2-1)创建经过喷涂目标中心点且平行于导轨的垂直平面作为工作区划分平面，计算各斑块是否与工作区划分平面存在交点，确定跨区斑块；
(2-2)划分工作区时，对横跨两个工作区需要分割的斑块，先计算斑块边界路径点的坐标平均值得到斑块中心点坐标，通过判断斑块中心点坐标位于工作区划分平面的哪一侧来确定跨区斑块中心点所属机器人；
(2-3)在跨区斑块的边界路径点集合中搜索距离所属机器人所在导轨垂直距离最远的路径点作为最远路径点；
(2-4)完善最远路径点的位姿(即位置和姿态)信息，包括该点的点坐标值(X,Y,Z)以及能表示机器人末端执行器(喷枪)喷涂该点时的方位姿态(Rx,Ry,Rz)，路径点的位姿需保证机器人喷枪在喷涂作业时始终垂直于喷涂目标表面并按照事先规划好的喷涂方向完成喷涂作业；
(2-5)机器人逆运动学算法是已知机器人基坐标位姿、机器人各构件尺寸和目标点位姿信息，计算机器人末端执行器(喷枪)与目标点位姿重合时机器人各关节的转角信息，若有解且各关节转角均在机器人关节限制范围内，则机器人对目标点可达，否则，不可达；机器人可在导轨上沿X轴移动，可将机器人停在最远路径点一侧较近的位置，通过机器人逆运动学算法判断机器人在该位置对最远路径点的可达性(考虑机器人末端的喷枪尺寸及枪距)，若不可达则使机器人沿导轨朝着远离最远路径点的方向移动较小距离后再判断可达性，循环此操作直到可达为止，若机器人超出导轨限制位置仍未找到可达位置，则认为机器人对最远路径点不可达，转至步骤2-7；若可达，转至步骤2-6；
(2-6)柔性分割的斑块，由所属机器人一次喷涂；
(2-7)硬分割的斑块，按工作区划分平面划分为两个单元块，由两台机器人分别喷涂，分割形成的边界不重复喷涂；
(3)柔性分割结果展示验证。如图3和图4所示，将柔性分割完生成的G代码导入机器人软件中仿真测试，验证某些跨工作区的斑块可由一台机器人完成喷涂。

Claims (4)

1.一种多机器人图案喷涂的工作区柔性分割方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)场景设置：分别安置导轨、机器人和喷涂目标；
(2)工作区柔性分割：
(2-1)创建经过喷涂目标中心点且平行于导轨的垂直平面作为工作区划分平面，计算各斑块是否与工作区划分平面存在交点，确定跨区斑块；
(2-2)划分工作区时，对横跨两个工作区需要分割的斑块，先计算斑块边界路径点的坐标平均值得到斑块中心点坐标，通过判断斑块中心点坐标位于工作区划分平面的哪一侧来确定跨区斑块中心点所属机器人；
(2-3)在跨区斑块的边界路径点集合中搜索距离所属机器人所在导轨垂直距离最远的路径点作为最远路径点；
(2-4)完善最远路径点的位置和姿态信息，即位姿信息，包括该路径点的空间坐标值(X,Y,Z)以及机器人末端执行器即喷枪，喷涂该点时的方位姿态(Rx,Ry,Rz)；
(2-5)根据最远路径点的位姿信息优化调整机器人在导轨上的位置，通过机器人逆运动学算法判断机器人对最远路径点的可达性，若可达，转至步骤2-6，否则，转至步骤2-7；
(2-6)柔性分割的斑块，由所属机器人一次喷涂；
(2-7)硬分割的斑块，按工作区划分平面划分为两个单元块，由两台机器人分别喷涂，分割形成的边界不重复喷涂；
(3)柔性分割结果展示验证。
2.如权利要求1所述的多机器人图案喷涂的工作区柔性分割方法，其特征在于：所述步骤(1)为两导轨间隔一定距离平行固定于地面，两台机器人分别安装于两导轨上，可沿导轨移动，喷涂目标放置于两导轨正中间位置。
3.如权利要求1所述的多机器人图案喷涂的工作区柔性分割方法，其特征在于：所述步骤(2-5)中机器人逆运动学算法为已知机器人基坐标位姿、机器人各构件尺寸和目标点位姿信息，计算机器人末端执行器，即喷枪与目标点位姿重合时机器人各关节的转角信息，若有解且各关节转角均在机器人关节限制范围内，则机器人对该目标点为可达，否则为不可达。
4.如权利要求1所述的多机器人图案喷涂的工作区柔性分割方法，其特征在于：所述步骤(3)为将柔性分割完生成的G代码导入机器人软件中仿真测试，验证符合柔性分割条件的跨工作区斑块可由一台机器人完成喷涂。
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