CN111841970A - 一种基于激光测距的机器人及喷漆路径的优化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于激光测距的机器人及喷漆路径的优化方法，包括夹具、自动喷枪组件和激光测距设备，夹具上设有安装座，自动喷枪组件和激光测距设备错开时间的位于安装座的工作位，自动喷枪组件和激光测距设备分别单独安装于安装座时，自动喷枪组件中喷枪的喷涂点及其喷涂方向与激光测距设备的测距起始点及其测距方向同心共轴。通过在喷漆机器人上安装激光测距设备，并且使喷漆机器人携带激光测距设备按照喷漆路径模型预览运行来获得和量化系统在运行过程中存在的系统误差即实测喷距差，再通过实测喷距差修正喷漆路径模型以克服或者降低系统误差，然后换上自动喷枪组件进行喷漆作业，不仅能够提高喷漆质量，还能代替人工实现喷漆工艺的自动化。

Description

一种基于激光测距的机器人及喷漆路径的优化方法
技术领域
本发明涉及喷漆工艺领域，特别涉及一种基于激光测距的机器人及喷漆路径的优化方法。
背景技术
随着智能制造的提出，劳动成本的不断提高，以及环保意识的不断加强，在加之危险环境下工作的必须性，一些影响人员安全的，必须要现场处理的机械化工作，甚至技术性工作，都将需要完成自动化，半自动化的，智能化的改造。
在喷漆技术领域，要做到喷涂漆面的均匀，最直观的要求就是在喷涂中需要保持喷枪到板件之前的距离，即喷距，使其在喷涂实施的运动过程中保持恒定。只有这样再配合上均匀的喷涂速度才能使喷漆效果达到最优，做到整个漆面的厚度均匀，任何喷距的细微影响，加上喷涂速度的影响都会导致涂层厚度的不一致，这个要求是相当苛刻的，在汽车制造厂对汽车出厂时的要求是漆面厚度的容差范围在十几个um。
人工喷涂经常达不到此要求，经常是只有经验丰富的大师傅才能对不同板件的喷涂，达到整个喷面的均匀。到目前为止，亟需一种将激光测距与喷漆工艺相互结合的技术方案，该技术方案需要能够克服喷涂机器人在喷涂时存在的系统误差(标定误差,定位误差,模型采集误差,机械加工误差,装配误差,路径算法误差)导致的动态路径喷距不均的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于激光测距的机器人及喷漆路径的优化方法，将激光测距与喷漆工艺结合，能够进一步实现喷漆工作的自动化、智能化，并且具有更优的喷漆效果。
本发明提供基于激光测距的喷漆机器人，包括夹具、自动喷枪组件和激光测距设备，所述夹具上设有安装座，所述自动喷枪组件和所述激光测距设备错开时间的位于所述安装座的工作位，所述自动喷枪组件和所述激光测距设备分别处于工作位时，所述自动喷枪组件中喷枪的喷涂点及其喷涂方向与所述激光测距设备的测距起始点及其测距方向同心共轴。
进一步地，所述夹具还包括相机组件，所述相机组件的镜头朝向所述喷枪或者所述激光测距设备的激光发射装置，以通过所述相机组件拍摄的图像调整所述喷枪或者激光发射装置的方位来确保所述同心共轴，所述安装座固定于所述相机组件。
进一步地，所述夹具还包括可拆卸装置，所述可拆卸装置可拆卸的固定于所述相机组件，且所述可拆卸装置由若干堆块上下堆叠构成，在锁紧所述可拆卸装置之前相邻两堆块之间可相对转动，所述安装座固定于最上面的所述堆块之上，通过增减所述堆块的数量来调整所述可拆卸装置的高度。
进一步地，所述相机组件包括主体和分置所述主体左右两端的两组镜头组件，所述安装座位于所述两组镜头组件之间，且两组镜头组件的镜头分别朝向所述喷枪或者激光发射装置的左侧面和右侧面，所述喷枪或者激光发射装置安装好后，其位于所述可拆卸装置的前侧。
进一步地，所述夹具还包括固定座，所述相机组件和所述可拆卸装置分别固定于所述固定座的上下两侧。
进一步地，所述固定座包括固定板，所述相机组件和所述可拆卸装置分别固定于所述固定板的上下两侧，所述安装座包括安装板和安装柱，所述安装柱的一端固定于所述安装板，另一端横向延伸出所述安装板而为悬空端，所述自动喷枪组件和所述激光测距设备时间错开的位于所述安装柱的悬空端，所述可拆卸装置夹在所述固定板和所述安装板之间。
本发明还提供一种基于激光测距的机器人喷漆路径的优化方法，采用所述的基于激光测距的喷漆机器人进行喷漆，包括如下步骤：
S1：根据喷漆要求设定喷漆动态路径和喷漆动态路径每个喷漆点位的标准喷漆距离，并以此建立喷漆路径模型；
S2：使所述激光测距设备处于所述基于激光测距的喷漆机器人安装座的工作位，使所述基于激光测距的喷漆机器人按照所述喷漆路径模型进行预览运行，并且在预览运行的过程中，使用所述激光测距设备测量并记录每个喷漆点位的实际喷漆距离；
S3：对比每个喷漆点位的实际喷漆距离和每个喷漆点位的标准喷漆距离，获得实测喷距差，然后根据所述实测喷距差修正所述喷漆路径模型，得到喷漆路径修正模型；
S4：用所述自动喷枪组件代替所述激光测距设备处于工作位，并对自动喷枪组件的方位进行校准，使所述自动喷枪组件中喷枪的喷涂点及其喷涂方向与所述激光测距设备的测距起始点及其测距方向同心共轴，然后使所述基于激光测距的喷漆机器人携带所述自动喷枪组件按照所述喷漆路径修正模型运行喷漆。
进一步地，在步骤S3中，实测喷距差为：
Δ儕实测喷距差-僵儕标准喷漆距离〔Li实际喷漆距离
修正后喷漆距离为：
Pi修正后喷漆距离-僵儕标准喷漆距离+Δi实测喷距差*Ni标准喷漆点法向量
其中i为正整数，代表喷涂路径的某个喷漆点位；然后保持动态喷漆路径不变，并基于所有Pi修正后喷漆距离，构建所述喷漆路径修正模型。
进一步地，在步骤S2中，利用机器视觉对激光测距设备的测距起始点及其测距方向进行拍摄，并且记录所述测距起始点的三维坐标和所述激光测距设备发射的激光的轴线方位，在步骤S4中，利用机器视觉拍摄所述自动喷枪组件中喷枪的喷涂点及其喷涂方向，并对应所述测距起始点的三维坐标和所述激光测距设备发射的激光的轴线方位，调整所述喷枪的喷涂点及其喷涂方向使所述喷涂点的三维坐标与测距起始点的三维坐标重合，且使喷涂方向与测距方向一致，达到所述的同心共轴。
进一步地，采用相机组件提供所述机器视觉，所述相机组件包括主体和分置所述主体左右两端的两组镜头组件，每组镜头组件包括两个并排的镜头，镜头两两左右对齐，且镜头组件的镜头成对的分别朝向所述喷枪或者激光发射装置的左侧面和右侧面。
本发明的有益效果有：通过在所述喷漆机器人上安装激光测距设备，并且使所述喷漆机器人携带所述激光测距设备按照喷漆路径模型预览运行来获得和量化系统在运行过程中存在的系统误差即实测喷距差，再通过实测喷距差修正喷漆路径模型以克服或者降低系统误差，然后换上自动喷枪组件进行喷漆作业，不仅能够提高喷漆质量，还能更好的代替人工实现喷漆工艺的自动化。
附图说明
图1是本发明安装有自动喷枪组件的一种基于激光测距的机器人的立体示意图；
图2是本发明安装有激光测距设备的一种基于激光测距的机器人的立体示意图；
图3是可视化效果图(1)；
图4是可视化效果图(2)；
图中：1、自动喷枪组件；11、喷枪；12、喷涂点；2、激光测距设备；21、测距起始点；3、相机组件；31、主体；32、镜头组件；33、镜头；4、安装座；41、安装板；42、安装柱；5、可拆卸装置；51、堆块；6、固定座；61、固定板。
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实施方式作进一步地描述。
请参照图1至图2，本发明提供一种基于激光测距的喷漆机器人，包括夹具、自动喷枪组件1和激光测距设备2，所述夹具上设有安装座4，所述自动喷枪组件1和所述激光测距设备2错开时间的位于所述安装座4的工作位，所述自动喷枪组件1和所述激光测距设备2分别处于工作位时，所述自动喷枪组件1中喷枪11的喷涂点12及其喷涂方向与所述激光测距设备2的测距起始点21及其测距方向同心共轴。即在使用自动喷枪组件1喷漆之前，先通过激光测距设备2随所述喷漆机器人预览运行以量化喷漆机器人在运行过程中的系统误差，然后在修正喷漆路径模型后，使自动喷枪组件1随喷漆机器人按照喷漆路径修正模型进行喷漆，从而可以降低系统误差，提升机器喷漆效果，代替人工实现自动化。
若为了使喷漆机器人在喷漆过程中和在预览运行过程中具有相同的振动频率或者其他物理因素，所述自动喷枪组件1和所述激光测距设备2同时且可旋转或者可移动的安装于所述安装座4，但是所述自动喷枪组件1和所述激光测距设备2的使用时间相互错开；如为了减轻增加重量给整改系统带来的影响，所述自动喷枪组件1和所述激光测距设备2择一可拆卸的安装于所述安装座4，即所述安装座4上同一时间只能安装所述自动喷枪组件1和所述激光测距设备2中的一个。具体根据实际需要进行设置，本发明在此不做限定。
所述夹具还包括相机组件3，利用所述相机组件3作为机器视觉来对所述自动喷枪组件1和所述激光测距设备2实现定位和校准，使所述自动喷枪组件1中喷枪的喷涂点12及其喷涂方向与所述激光测距设备2的测距起始点21及其测距方向同心共轴，同心共轴的目的是确保采集的实际喷漆距离，与实际喷涂过程中路径点所到达的喷距尽可能一致。
所述相机组件3的镜头33朝向所述喷枪11或者所述激光测距设备2的激光发射装置，以通过所述相机组件3拍摄的图像调整所述喷枪11或者激光发射装置的方位来确保所述同心共轴，所述安装座4固定于所述相机组件3。所述夹具还包括可拆卸装置5，所述可拆卸装置5可拆卸的固定于所述相机组件3，且所述可拆卸装置5由若干堆块51上下堆叠构成，在锁紧所述可拆卸装置5之前相邻两堆块51之间可相对转动，所述安装座4固定于最上面的所述堆块51之上，从而通过旋转适当的所述堆块51，可调整所述激光测距设备2或者所述自动喷枪组件1的测距方向或者喷涂方向；通过增减所述堆块51的数量来调整所述可拆卸装置5的高度，即可调整所述激光测距设备2或者所述自动喷枪组件1的高度。
优选所述相机组件3包括主体31和分置所述主体31左右两端的两组镜头组件32，每组镜头组件32包括两个并排的镜头33，镜头33两两左右对齐，所述安装座4位于所述两组镜头组件32之间，且两组镜头组件32的镜头33分别朝向所述喷枪11或者激光发射装置的左侧面和右侧面，所述喷枪11或者激光发射装置安装好后，其位于所述可拆卸装置5的前侧。利用对称的两组共4个镜头33分别拍摄所述喷枪11或者激光发射装置的左侧面和右侧面，然后对4个镜头拍摄的图像进行合成处理，并且根据4个镜头的方位，能够更加准确的确定所述测距起始点21的三维坐标和所述激光测距设备2发射的激光的轴线方位，以及所述喷涂点12的三维坐标和所述喷枪11喷漆的轴线方位，减小拍摄和计算误差。
所述夹具还包括固定座6，所述相机组件3和所述可拆卸装置5分别固定于所述固定座6的上下两侧。具体地，所述固定座6包括固定板61，所述相机组件3的主体31和所述可拆卸装置5分别固定于所述固定板61的上下两侧，所述安装座4包括安装板41和安装柱42，所述安装柱42的一端固定于所述安装板41，另一端横向延伸出所述安装板41而悬空设置，所述自动喷枪组件1和所述激光测距设备2时间错开的位于所述安装柱42的悬空端，所述可拆卸装置5夹在所述固定板61和所述安装板41之间，且所述安装板41可随最上层的所述堆块51的转动而转动。
本发明提供一种基于激光测距的机器人喷漆路径的优化方法，采用所述的基于激光测距的喷漆机器人进行喷漆，包括如下步骤：
S1：根据喷漆要求设定喷漆动态路径和喷漆动态路径每个喷漆点位的标准喷漆距离，并以此建立喷漆路径模型。
S2：使所述激光测距设备2处于所述基于激光测距的喷漆机器人安装座4的工作位，使所述基于激光测距的喷漆机器人按照所述喷漆路径模型进行预览运行，并且在预览运行的过程中，使用所述激光测距设备2测量并记录每个喷漆点位的实际喷漆距离。
在步骤S2中，利用机器视觉对激光测距设备的测距起始点21及其测距方向进行拍摄，并且记录所述测距起始点21的三维坐标和所述激光测距设备发射的激光的轴线方位。
S3：对比每个喷漆点位的实际喷漆距离和每个喷漆点位的标准喷漆距离，获得实测喷距差，然后根据所述实测喷距差修正所述喷漆路径模型，得到喷漆路径修正模型。
具体地，实测喷距差为：
Δ儕实测喷距差-僵儕标准喷漆距离〔Li实际喷漆距离
修正后喷漆距离为：
Pi修正后喷漆距离-僵儕标准喷漆距离+Δi实测喷距差*Ni标准喷漆点法向量
其中i为正整数，代表喷涂路径的某个喷漆点位；然后保持动态喷漆路径不变，并基于所有Pi修正后喷漆距离，构建所述喷漆路径修正模型。
S4：用所述自动喷枪组件1代替所述激光测距设备2处于工作位，并对自动喷枪组件1的方位进行校准，使所述自动喷枪组件1中喷枪11的喷涂点12及其喷涂方向与所述激光测距设备2的测距起始点21及其测距方向同心共轴，然后使所述基于激光测距的喷漆机器人携带所述自动喷枪组件1按照所述喷漆路径修正模型运行喷漆。
在步骤S4中，利用机器视觉拍摄所述自动喷枪组件中喷枪的喷涂点12及其喷涂方向，并对应所述测距起始点21的三维坐标和所述激光测距设备发射的激光的轴线方位，调整所述喷枪11的喷涂点12及其喷涂方向使所述喷涂点12的三维坐标与测距起始点21的三维坐标重合，且使喷涂方向与测距方向一致，达到所述的同心共轴。
使用预览运行来采集测距数据，可以确保采集数据时，机器人运行的路径与实际喷涂路径一致，这样可以确保采集数据的精确性与有效完整性。在此基础上获取的完整喷涂路径测距数据集，可以用于完整喷涂路径的统一修正处理，达到最佳的喷涂效果。如果进行实时修正，修正数据没有经过路径修正算法的统一处理,没有对机器人行走到喷涂/测距点的前置点与后置点的位置信息进行规划插补处理，只对单点实时修正，会导致机器人的卡顿，影响喷涂质量。
请参阅图3和图4，图3和图4中的下部分为修正前的原始测距图,上部分为修正后的再测距图，图中横向长直线表示设定的标准喷漆距离,偏移较大的波峰与波谷实际上是板件的特异点，此部分不需要修正处理，由原始路径代替即可。在标准喷漆距离两侧附近的测距数据为有效测距数据，表示需要修正处理的数据，由下部分的原始测距图可见原始数据的有效测距数据在标准喷漆距离两侧0～20mm徘徊，或近或远，而上部分图中修正后的有效测距数据和标准喷漆距离基本一致，可见修正效果较好。
本发明的有益效果有：通过在所述喷漆机器人上安装激光测距设备2，并且使所述喷漆机器人携带所述激光测距设备2按照喷漆路径模型预览运行来获得和量化系统在运行过程中存在的系统误差即实测喷距差，再通过实测喷距差修正喷漆路径模型以克服或者降低系统误差，然后换上自动喷枪组件2进行喷漆作业，不仅能够提高喷漆质量，还能更好的代替人工实现喷漆工艺的自动化。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于激光测距的喷漆机器人，其特征在于：包括夹具、自动喷枪组件和激光测距设备，所述夹具上设有安装座，所述自动喷枪组件和所述激光测距设备错开时间的位于所述安装座的工作位，所述自动喷枪组件和所述激光测距设备分别处于工作位时，所述自动喷枪组件中喷枪的喷涂点及其喷涂方向与所述激光测距设备的测距起始点及其测距方向同心共轴。
2.如权利要求1所述的基于激光测距的喷漆机器人，其特征在于：所述夹具还包括相机组件，所述相机组件的镜头朝向所述喷枪或者所述激光测距设备的激光发射装置，以通过所述相机组件拍摄的图像调整所述喷枪或者激光发射装置的方位来确保所述同心共轴，所述安装座固定于所述相机组件。
3.如权利要求2所述的基于激光测距的喷漆机器人，其特征在于：所述夹具还包括可拆卸装置，所述可拆卸装置可拆卸的固定于所述相机组件，且所述可拆卸装置由若干堆块上下堆叠构成，在锁紧所述可拆卸装置之前相邻两堆块之间可相对转动，所述安装座固定于最上面的所述堆块之上，通过增减所述堆块的数量来调整所述可拆卸装置的高度。
4.如权利要求3所述的基于激光测距的喷漆机器人，其特征在于：所述相机组件包括主体和分置所述主体左右两端的两组镜头组件，所述安装座位于所述两组镜头组件之间，且两组镜头组件的镜头分别朝向所述喷枪或者激光发射装置的左侧面和右侧面，所述喷枪或者激光发射装置安装好后，其位于所述可拆卸装置的前侧。
5.如权利要求4所述的基于激光测距的喷漆机器人，其特征在于：所述夹具还包括固定座，所述相机组件和所述可拆卸装置分别固定于所述固定座的上下两侧。
6.如权利要求5所述的基于激光测距的喷漆机器人，其特征在于：所述固定座包括固定板，所述相机组件和所述可拆卸装置分别固定于所述固定板的上下两侧，所述安装座包括安装板和安装柱，所述安装柱的一端固定于所述安装板，另一端横向延伸出所述安装板而为悬空端，所述自动喷枪组件和所述激光测距设备时间错开的位于所述安装柱的悬空端，所述可拆卸装置夹在所述固定板和所述安装板之间。
7.一种基于激光测距的机器人喷漆路径的优化方法，其特征在于：采用权利要求1至6任一项所述的基于激光测距的喷漆机器人进行喷漆，包括如下步骤：
S1：根据喷漆要求设定喷漆动态路径和喷漆动态路径每个喷漆点位的标准喷漆距离，并以此建立喷漆路径模型；
S2：使所述激光测距设备处于所述基于激光测距的喷漆机器人安装座的工作位，使所述基于激光测距的喷漆机器人按照所述喷漆路径模型进行预览运行，并且在预览运行的过程中，使用所述激光测距设备测量并记录每个喷漆点位的实际喷漆距离；
S3：对比每个喷漆点位的实际喷漆距离和每个喷漆点位的标准喷漆距离，获得实测喷距差，然后根据所述实测喷距差修正所述喷漆路径模型，得到喷漆路径修正模型；
S4：用所述自动喷枪组件代替所述激光测距设备处于工作位，并对自动喷枪组件的方位进行校准，使所述自动喷枪组件中喷枪的喷涂点及其喷涂方向与所述激光测距设备的测距起始点及其测距方向同心共轴，然后使所述基于激光测距的喷漆机器人携带所述自动喷枪组件按照所述喷漆路径修正模型运行喷漆。
8.如权利要求7所述的基于激光测距的机器人喷漆路径的优化方法，其特征在于：在步骤S3中，实测喷距差为：
Δ儕实测喷距差-僵儕标准喷漆距离〔Li实际喷漆距离
修正后喷漆距离为：
Pi修正后喷漆距离-僵儕标准喷漆距离+Δi实测喷距差*Ni标准喷漆点法向量
其中i为正整数，代表喷涂路径的某个喷漆点位；然后保持动态喷漆路径不变，并基于所有Pi修正后喷漆距离，构建所述喷漆路径修正模型。
9.如权利要求7所述的基于激光测距的机器人喷漆路径的优化方法，其特征在于：在步骤S2中，利用机器视觉对激光测距设备的测距起始点及其测距方向进行拍摄，并且记录所述测距起始点的三维坐标和所述激光测距设备发射的激光的轴线方位，在步骤S4中，利用机器视觉拍摄所述自动喷枪组件中喷枪的喷涂点及其喷涂方向，并对应所述测距起始点的三维坐标和所述激光测距设备发射的激光的轴线方位，调整所述喷枪的喷涂点及其喷涂方向使所述喷涂点的三维坐标与测距起始点的三维坐标重合，且使喷涂方向与测距方向一致，达到所述的同心共轴。
10.如权利要求9所述的基于激光测距的机器人喷漆路径的优化方法，其特征在于：采用相机组件提供所述机器视觉，所述相机组件包括主体和分置所述主体左右两端的两组镜头组件，每组镜头组件包括两个并排的镜头，镜头两两左右对齐，且镜头组件的镜头成对的分别朝向所述喷枪或者激光发射装置的左侧面和右侧面。
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