CN113117943A - 一种用于鞋材喷涂的机器人喷涂方法及装置 - Google Patents

一种用于鞋材喷涂的机器人喷涂方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于鞋材喷涂的机器人喷涂方法及装置，喷涂方法包括如下步骤：A、获取初步喷涂轨迹；B、获取最终喷涂路径；C、计算雅可比行列式的值以及5轴中心点与1轴轴线之间的距离；D、若机器人喷涂的过程中是否会靠近奇异区间，则进入步骤E，否则进入步骤G；E、降低机器人的线速度，并计算机器人各轴的角速度；F、若角速度是否均已低于角速度告警值，则进入步骤G；否则进入步骤E；G、在工艺数据库中寻找对应的雾化压力值和物料压力值，机器人将按照调整后的线速度、角速度、以及对应的雾化压力值和物料压力值，依照喷涂路径进行喷涂。本发明既保证整体生产节拍稳定在一定的范围内，又保证了喷涂精度，还避免出现溢胶或者欠胶。

Description

一种用于鞋材喷涂的机器人喷涂方法及装置
技术领域
本发明涉及一种用于鞋材喷涂的机器人喷涂方法及装置。
背景技术
目前已知机器人鞋材喷涂方式都是恒压恒速，喷涂运动均是高速运动，采用恒压恒速的方式，在喷涂过程中难免会由于机器人超速错误或者靠近奇异区间而报警停机，这样的停机报警在生产过程中发生的频率越高，需要机修或者维护人员的参与次数就越多，从而导致生产停滞，影响生产节拍，浪费人工成本。如今该问题常见的解决方法是降低机器人整体运动速度，或者调整部分容易出现超速和靠近奇异区间的点位姿态，但这样做既降低了生产节拍也降低了喷涂精度。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种用于鞋材喷涂的机器人喷涂方法及装置，既保证整体生产节拍稳定在一定的范围内，又保证了喷涂精度，还避免出现溢胶或者欠胶。
本发明通过以下技术方案实现：
一种用于鞋材喷涂的机器人喷涂方法，包括如下步骤：
A、获取鞋材点云，并对点云进行图像处理以得到初步喷涂轨迹；
B、根据各初步喷涂轨迹点的x、y坐标对其进行冒泡排序，再进行样条曲线拟合离散得到喷涂轨迹，并根据喷涂轨迹和鞋材点云，计算各喷涂轨迹点的欧拉角，以得到最终的喷涂路径；
C、根据欧拉角得到机器人关节坐标值，并获取机器人机型的连杆参数和减速比参数以补偿关节坐标值；计算由关节坐标值形成的雅可比行列式的值，并计算机器人5轴中心点与1轴轴线之间的距离；
D、当雅可比行列式的值小于设定的第一阈值或者5轴中心点与1轴轴线之间的距离小于设定的第二阈值时，判定机器人依照喷涂路径并按照现有的线速度和角速度进行喷涂的过程中，会靠近奇异区间，进入步骤E，否则，进入步骤G；
E、按照设定的第三阈值降低喷涂路径中各点位对应的机器人的线速度，并根据调整后的线速度计算机器人各轴的角速度；
F、判断调整后的各轴角速度是否均已低于机器人本身的角速度告警值，若是，进入步骤G；否则，进入步骤E；
G、根据确定的线速度和角速度，在工艺数据库中寻找与之匹配的雾化压力值和物料压力值，机器人将按照调整后的线速度、角速度、以及对应的雾化压力值和物料压力值，依照喷涂路径进行喷涂，其中，工艺数据库包括分别对应于大量不同的线速度和角速度的雾化压力值和物料压力值，这些雾化压力值和物料压力值是通过经验以及大量现场测试得来。
进一步的，所述步骤G中，在工艺数据库中寻找到所述匹配的雾化压力值和物料压力值后，根据这两个值和机器人IO模块输出的电压，并按照一定的比例系数来确定机器人喷涂所用的气路系统的压力值输出。
进一步的，所述步骤D中，第一阈值取值范围为[0.005，0.02]，第二阈值取值范围为[0.5mm，2mm]。
进一步的，所述步骤A具体包括如下步骤：
A1、对鞋材进行扫描以得到鞋材的点云数据，并对点云数据进行预处理；
A2、根据点云数据的长宽判断该点云数据是否为鞋材，若是，进入步骤A3，否则，结束；
A3、采集点云数据中的每一帧图像的轮廓最高点，以得到所述初步喷涂轨迹，初步喷涂轨迹的轨迹点的坐标为(x，y，z)。
进一步的，所述步骤B中，在进行冒泡排序前，按照各初步喷涂轨迹点的坐标将初步喷涂轨迹进行分块；对冒泡排序结束后的各初步喷涂轨迹点进行中值滤波以剔除噪点。
进一步的，所述步骤E中，第三阈值取值范围为[40mm/s，60mm/s]。
进一步的，所述步骤G中，当工艺数据库中未找到完全对应于所述线速度和角速度的雾化压力值和物料压力值时，计算工艺数据库中最接近于所述线速度和角速度的速度值，并计算比例关系，再根据该比例关系计算出需要的雾化压力值和物料压力值。
进一步的，还包括如下步骤：当喷涂结束后，将线速度、角速度、雾化压力值和物料压力值均还原为原始值。
本发明还通过以下技术方案实现：
一种用于鞋材喷涂的机器人喷涂装置，包括机器人、扫描装置、控制装置、气路系统、工艺数据库和电气比例阀，机器人、扫描装置、气路系统和工艺数据库分别与控制装置连接，电力比例阀设置在气路系统中，扫描装置用于扫描鞋材点云，控制装置用于计算喷涂路径；判断机器人依照喷涂路径并按照现有的线速度和角度数进行喷涂的过程中是否会靠近奇异区间；在判定机器人会靠近奇异区间后按照第三阈值降低线速度直至对应的角速度低于机器人本身的角速度告警值；根据调整后的线速度和角速度在工艺数据库寻找匹配的雾化压力值和物料压力值，将这两个值输出至电气比例阀，并结合机器人IO模块输出的电压，计算气路系统的输出压力值；机器人按照调整后的线速度和角速度，依照喷涂路径，结合气路系统的输出压力值，进行喷涂。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明在进行喷涂之前，先依据喷涂路径判断喷涂过程中是否靠近奇异区间，因靠近奇异区间会使机器人的轴速度及加速度增大，最终导致轴超速，发生超速错误，所以若会靠近奇异区间，则迭代降速机器人的线速度，直到对应的角速度低于机器人本身的角速度告警值，在根据调整后的线速度和角速度在工艺数据库中寻找与之匹配的雾化压力值和物料压力值，机器人将按照调整后的线速度、角速度、以及对应的雾化压力值和物料压力值，依照喷涂路径进行喷涂，如此既保证整体生产节拍稳定在一定的范围内，减少报警停机的次数，从而提高生产效率，又保证了喷涂精度，使喷胶边缘精度一致，避免出现溢胶或者欠胶，同时也减轻了维护人员的工作强度；
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
用于鞋材喷涂的机器人喷涂装置，包括机器人、扫描装置、控制装置、气路系统、工艺数据库和电气比例阀，机器人、扫描装置、气路系统和工艺数据库分别与控制装置连接，电力比例阀设置在气路系统中，扫描装置用于扫描鞋材点云，控制装置用于计算喷涂路径；判断机器人依照喷涂路径并按照现有的线速度和角度数进行喷涂的过程中是否会靠近奇异区间；在判定机器人会靠近奇异区间后按照第三阈值降低线速度直至对应的角速度低于机器人本身的角速度告警值；根据确定的线速度和角速度在工艺数据库寻找匹配的雾化压力值和物料压力值，将这两个值输出至电气比例阀，并结合机器人IO模块输出的电压，计算气路系统的输出压力值；机器人按照调整后的线速度和角速度，依照喷涂路径，结合气路系统的输出压力值，进行喷涂。
扫描装置为三维扫描站，具体结构为现有技术。
控制装置为工控机。
气路系统具体结构为现有技术。
如图1所示，用于鞋材喷涂的机器人喷涂方法，包括如下步骤：
A、通过扫描装置获取鞋材点云并反馈至控制装置，控制装置对点云进行图像处理以得到初步喷涂轨迹；具体包括如下步骤：
A1、将需要喷涂的鞋材放至扫描装置进行扫描以得到鞋材的点云数据，控制装置对点云数据进行图像预处理，包括点云滤波和点云下采样；其中，三维扫描站为现有技术；
A2、控制装置根据点云数据的长宽判断该点云数据是否为鞋材，若是，进入步骤A3，否则，结束流程；
A3、控制装置采集点云数据中的每一帧图像的轮廓最高点，以得到初步喷涂轨迹XYZ，初步喷涂轨迹XYZ的轨迹点的坐标为(x，y，z)；
B、控制装置按照各初步喷涂轨迹点的坐标将初步喷涂轨迹进行分块，分别根据各块内的各初步喷涂轨迹点的x、y坐标，对各初步喷涂轨迹点进行冒泡排序，然后将各块排序后的各初步喷涂轨迹点组合起来，再对排序结束后的所有初步喷涂轨迹点进行中值滤波以剔除噪点后进行样条曲线拟合离散得到喷涂轨迹，并根据排序后的喷涂轨迹和鞋材点云，计算各喷涂轨迹点的欧拉角，以得到最终的喷涂路径；其中，根据喷涂轨迹和鞋材点云，计算各喷涂轨迹点的欧拉角，为现有技术；分块目的是将整个初步喷涂轨迹分解为若干小块，以便于进行排序，至于具体的分块界限，可根据实际情况而定；
C、控制装置将欧拉角转换为4＊4矩阵，并将该矩阵逆解得到机器人关节坐标值，再获取机器人机型的连杆参数和减速比参数以在逆解时对关节坐标进行补偿；计算由关节坐标值形成的雅可比行列式的值，并通过机器人当前的六个关节的角度计算出5轴中心点相对于机器人基坐标的位置，该位置即是5轴中心点与1轴轴线之间的位置关系，根据该位置关系即可求得5轴中心点与1轴轴线之间的距离；
D、当雅可比行列式的值小于设定的第一阈值或者5轴中心点与1轴轴线之间的距离小于设定的第二阈值时，控制装置判定机器人依照喷涂路径并按照现有的线速度和角速度进行喷涂的过程中，会靠近奇异区间，进入步骤E，否则，进入步骤G；在本实施例中，第一阈值取值为0.01，第二阈值取值为1mm；
E、控制装置按照设定的第三阈值降低喷涂路径中各点位对应的机器人的线速度，并根据调整后的线速度计算机器人各轴的角速度；在本实施例中，第三阈值取值为50mm/s；
F、控制装置判断调整后的各轴角速度是否均已低于机器人本身的角速度告警值，若是，进入步骤G；否则，进入步骤E；其中，机器人本身的角速度告警值为已知量；
G、控制装置调用工艺数据库，以根据确定的线速度和角速度，在工艺数据库中寻找与之匹配的雾化压力值和物料压力值，并根据这两个值和机器人IO模块输出的电压，按照一定的比例系数来确定机器人喷涂所用的气路系统的压力值输出，机器人将按照调整后的线速度、角速度、以及对应的雾化压力值和物料压力值，依照喷涂路径进行喷涂，其中，工艺数据库包括分别对应于大量不同的线速度和角速度的雾化压力值和物料压力值，这些雾化压力值和物料压力值是通过经验以及大量现场测试得来；而本步骤中所述的比例系数由选用的电力比例阀确定；
当工艺数据库中未找到完全对应于所述线速度和角速度的雾化压力值和物料压力值时，则寻找工艺数据库中最接近于所述线速度和角速度的速度值及其对应的雾化压力值和物料压力值，并计算最接近的线速度和角速度与调整后的线速度和角速度之比，然后将通过该比例值和工艺数据库中寻找的对应的雾化压力值和物料压力值，计算得到需要的雾化压力值和物料压力值；
H、当喷涂结束后，控制装置将线速度、角速度、雾化压力值和物料压力值均还原为原始值。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能以此限定本发明实施的范围，即依本发明申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (9)

1.一种用于鞋材喷涂的机器人喷涂方法，其特征在于：包括如下步骤：
A、获取鞋材点云，并对点云进行图像处理以得到初步喷涂轨迹；
B、根据各初步喷涂轨迹点的x、y坐标对其进行冒泡排序，再进行样条曲线拟合离散得到喷涂轨迹，并根据喷涂轨迹和鞋材点云，计算各喷涂轨迹点的欧拉角，以得到最终的喷涂路径；
C、根据欧拉角得到机器人关节坐标值，并获取机器人机型的连杆参数和减速比参数以补偿关节坐标值；计算由关节坐标值值形成的雅可比行列式的值，并计算机器人5轴中心点与1轴轴线之间的距离；
D、当雅可比行列式的值小于设定的第一阈值或者5轴中心点与1轴轴线之间的距离小于设定的第二阈值时，判定机器人依照喷涂路径并按照现有的线速度和角速度进行喷涂的过程中，会靠近奇异区间，进入步骤E，否则，进入步骤G；
E、按照设定的第三阈值降低喷涂路径中各点位对应的机器人的线速度，并根据调整后的线速度计算机器人各轴的角速度；
F、判断调整后的各轴角速度是否均已低于机器人本身的角速度告警值，若是，进入步骤G；否则，进入步骤E；
G、根据确定的线速度和角速度，在工艺数据库中寻找与之匹配的雾化压力值和物料压力值，机器人将按照调整后的线速度、角速度、以及对应的雾化压力值和物料压力值，依照喷涂路径进行喷涂，其中，工艺数据库包括分别对应于大量不同的线速度和角速度的雾化压力值和物料压力值，这些雾化压力值和物料压力值是通过经验以及大量现场测试得来。
2.根据权利要求1所述的一种用于鞋材喷涂的机器人喷涂方法，其特征在于：所述步骤G中，在工艺数据库中寻找到所述匹配的雾化压力值和物料压力值后，根据这两个值和机器人IO模块输出的电压，并按照一定的比例系数来确定机器人喷涂所用的气路系统的压力值输出。
3.根据权利要求1所述的一种用于鞋材喷涂的机器人喷涂方法，其特征在于：所述步骤D中，第一阈值取值范围为[0.005，0.02]，第二阈值取值范围为[0.5mm，2mm]。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种用于鞋材喷涂的机器人喷涂方法，其特征在于：所述步骤A具体包括如下步骤：
A1、对鞋材进行扫描以得到鞋材的点云数据，并对点云数据进行预处理；
A2、根据点云数据的长宽判断该点云数据是否为鞋材，若是，进入步骤A3，否则，结束；
A3、采集点云数据中的每一帧图像的轮廓最高点，以得到所述初步喷涂轨迹，初步喷涂轨迹的轨迹点的坐标为(x，y，z)。
5.根据权利要求1或2或3所述的一种用于鞋材喷涂的机器人喷涂方法，其特征在于：所述步骤B中，在进行冒泡排序前，按照各初步喷涂轨迹点的坐标将初步喷涂轨迹进行分块；对冒泡排序结束后的各初步喷涂轨迹点进行中值滤波以剔除噪点。
6.根据权利要求1或2或3所述的一种用于鞋材喷涂的机器人喷涂方法，其特征在于：所述步骤E中，第三阈值取值范围为[40mm/s，60mm/s]。
7.根据权利要求1或2或3所述的一种用于鞋材喷涂的机器人喷涂方法，其特征在于：所述步骤G中，当工艺数据库中未找到完全对应于所述线速度和角速度的雾化压力值和物料压力值时，计算工艺数据库中最接近于所述线速度和角速度的速度值，并计算比例关系，再根据该比例关系计算出需要的雾化压力值和物料压力值。
8.根据权利要求1或2或3所述的一种用于鞋材喷涂的机器人喷涂方法，其特征在于：还包括如下步骤：当喷涂结束后，将线速度、角速度、雾化压力值和物料压力值均还原为原始值。
9.一种用于鞋材喷涂的机器人喷涂装置，其特征在于：包括机器人、扫描装置、控制装置、气路系统、工艺数据库和电气比例阀，机器人、扫描装置、气路系统和工艺数据库分别与控制装置连接，电力比例阀设置在气路系统中，扫描装置用于扫描鞋材点云，控制装置用于计算喷涂路径；判断机器人依照喷涂路径并按照现有的线速度和角度数进行喷涂的过程中是否会靠近奇异区间；在判定机器人会靠近奇异区间后按照第三阈值降低线速度直至对应的角速度低于机器人本身的角速度告警值；根据调整后的线速度和角速度在工艺数据库寻找匹配的雾化压力值和物料压力值，将这两个值输出至电气比例阀，并结合机器人IO模块输出的电压，计算气路系统的输出压力值；机器人按照调整后的线速度和角速度，依照喷涂路径，结合气路系统的输出压力值，进行喷涂。
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