CN114082568A - 一种大型船体分段的喷涂作业离线数模规划系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型船体分段的喷涂作业离线数模规划系统及其方法，包括：根据实际喷涂现场，在仿真软件中搭建与实际喷涂场地相同的喷涂工作站；在仿真工作站中导入待喷涂分段船体模型，利用测距传感器对天车、机器人、喷枪、船体工件进行定位；划定分段船体待喷涂区域，并利用路径规划模块对各区域进行路径规划；采用改进的灰狼算法对各区域间的过渡路径进行优化获得最终喷涂路径；利用坐标变换模块把分段船体坐标系B‑xyz下的喷涂路径分别转换为喷枪、喷涂机器人、天车坐标系下的路径坐标，通过天车、机器人、喷枪的协同运动；漆膜检测，导出轨迹。本发明仅需进行首次模型搭建，即可采用喷涂模型对不同船体进行喷涂，操作简捷，自动化程度高。

Description

一种大型船体分段的喷涂作业离线数模规划系统及其方法

技术领域

本发明属于船舶工业喷涂技术领域，涉及适用于移动式喷涂机器人对超大型船体等大型工件进行喷涂作业的方法，尤其是一种大型船体分段的喷涂作业离线数模规划系统及其方法。

背景技术

大型舰船，由于长时间处于海洋环境中，对船舰表面的防腐性能要求严格，因此在船体建造过程中必须对其进行喷漆保护，以保证船舶运行的安全性。

现有技术中，船体分段种类较多，其分段形状也多变，喷涂面尺度大小不一，结构面变化大。而不同的分段，在工装上的放置姿态和角度也各式各样，使得船舶工件的定位不准确，以至于导致喷涂轨迹规划难度增大，从而导致喷涂过程复杂，难以保证高质量喷涂的要求。同时，因为喷涂作业于非结构化的环境，除去室外喷漆作业外，涂装车间内的喷涂环境属于完全封闭式，照明光线差，工作环境暗淡，工件摆放不规则，机器人相对于船体之间的定位关系难以确定，难以实施喷涂；其涂装生产自动化程度低、环境污染严重、涂料浪费多、质量不稳定、对施工人员的伤害风险大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种大型船体分段的喷涂作业离线数模规划系统及其方法，针对围绕船舶分段结构面涂装作业、其结构面空间狭小、施工复杂等特点，可提高应用企业船舶分段结构面漆膜的厚度要求、效率和稳定性，并改善涂装工人的工作环境，为提高船舶涂装自动化水平打下良好基础。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。

本发明的一种大型船体分段的喷涂作业离线数模规划系统，其进行喷涂作业的喷涂工作站包括：X、Y轴移动的二自由度移动式天车(1)，其平台可携载沿Z轴伸缩的多级伸缩臂(2)，伸缩臂末端倒挂六自由度的喷涂机器人(3)，机器人机械臂末端安装有喷枪(4)，其机身处安装有用于测量机器人喷涂过程中机器人与船体的距离的测距传感器(5)，待喷涂船体(6)放置于置物架(7)上，喷房四周安装定位装置(8)用于对船体位置定位；

所述系统包括：

定位模块，用于对、移动天车、待喷涂船体、喷涂机器人及喷枪位置的确定；

碰撞检测模块，用于喷涂机器人在喷涂作业过程中检测机身、喷枪与船体是否发生碰撞；

路径规划模块，用于对各喷涂区域进行路径规划以及对整体路径进行优化得到最优路径，最后经过坐标变换得到喷枪轨迹与喷涂机器人运动轨迹。

本发明的一种大型船体分段的喷涂作业离线数模规划方法，采用上述的喷涂作业的喷涂工作站和喷涂作业离线数模规划系统，包括以下步骤：

步骤1、根据船厂实际喷涂现场，在仿真软件中搭建同实际喷涂场地所使用的喷涂工作站；

步骤2、在仿真工作站中导入待喷涂分段船体模型，利用测距传感器对天车、机器人、喷枪、船体工件进行定位；

步骤3、在仿真工作站中划定分段船体待喷涂区域，并利用路径规划模块对各区域进行路径规划；

步骤4、采用改进的灰狼算法对各区域间的过渡路径进行优化获得最终喷涂路径；

步骤5、利用坐标变换模块把分段船体坐标系B-xyz下的喷涂路径分别转换为喷枪、喷涂机器人、天车坐标系下的路径坐标，通过天车、机器人、喷枪的协同作业运动；

步骤6、漆膜检测，导出轨迹。

进一步地，所述步骤1的具体过程包括：

步骤1.1.在仿真软件中建立同实际喷涂场地所使用的喷涂工作站，工作站中建立具有由X、Y轴移动天车及Z轴多级伸缩臂组成的X、Y、Z三轴移动式天车平台模型；

步骤1.2.根据移动式平台与喷涂机器人装配关系及机器人与喷枪装配关系，选择特定所需机器人模型与喷枪工具模型，其中，喷枪安装在机器人末端法兰处，机器人倒挂在伸缩臂平台上，由移动式天车带动机器人沿X、Y轴移动，伸缩臂的伸缩随即带动六自由度喷涂机器人沿Z轴方向移动，当天车平台与喷涂机器人同时动作时即可形成一个九自由度的移动喷涂装置；

步骤1.3.喷涂工作站中建立具有一定高度的大型承重架模型用于放置分段船体模型，同时工作站四周安装定位装置用于对喷涂装置和待喷涂工件的定位。

进一步地，所述步骤2的具体过程包括：

步骤2.1.在仿真工作站中导入STEP格式的待喷涂分段船体模型，将船体模型按喷涂需要放置在大型置物架上；

步骤2.2.对大地、天车装置、喷涂机器人基座、喷枪工具、分段船体工件建立基坐标系分别为W-xyz、C-xyz、O-xyz、P-xyz、B-xyz；为方便进行定位，各坐标系的x方向一致、y轴方向一致；

步骤2.3.对步骤2.2建立的各个基坐标系通过定位装置，确定各个基坐标系原点在大地坐标系下的位置；

步骤2.4.通过定位装置在各坐标系下取不同的点，进行坐标变换求解得到各坐标系之间的变换矩阵

而

则由机器人机械臂自身参数求解得到；

在步骤2.4中，所述

是指船体坐标在世界坐标下的转换矩阵，

是指世界坐标在天车坐标系下的转换矩阵，

是指天车坐标在机器人基坐标系下的转换矩阵，

是指机器人基坐标在喷枪坐标系下的转换矩阵。

进一步地，所述步骤3的具体过程包括：

步骤3.1.在仿真工作站中对船体规则结构面和非结构面进行区域划定，以便于分块喷涂，同时对存在奇异点的区域进行标识，防止发生碰撞；

步骤3.2.根据船厂所需质量要求，建立喷枪模型与平面漆膜分布模型，根据喷枪模型设置喷涂油漆流量，喷涂高度，喷涂速度，喷涂倾角等参数；因喷涂机器人进行连续喷涂时，喷涂间距直接影响漆膜叠加部分的漆膜均匀性，根据平面漆膜厚度分布模型与喷涂参数设置调整喷涂间距；

步骤3.3.考虑减少喷涂时间提高喷涂效率，通过优化原则来规划路径，使得各区域得到多个喷涂路径结果；所述优化原则是指：让每一块喷涂区域内的轨迹终点与其相邻区域内的喷涂轨迹起点最近，以此来缩短相邻区域之间的过渡路径减少机器人移动的过度时间；因喷涂机器人沿横向和纵向喷涂时的路径转折点个数不同，应让每一块区域内的轨迹转折点应尽可能少，以此来减少机器人喷涂转折时间；让每块区域内的轨迹与其相邻区域内的喷涂轨迹都平行于相邻区域之间的相交线，以此来使相交线附近漆膜厚度均匀。

进一步地，所述步骤4的具体过程包括：

步骤4.1.对所述步骤3.1得到的区域随机进行标标记，得到区域1、区域2、区域3，以此类推，直到所有区域都标记完成；

步骤4.2.对所述步骤3.3得到的各区域内的路径进行标签，得到区域1内路径1、路径2，路径3，以此类推，直到每个区域内的每个路径标记都完成；

步骤4.3.根据喷涂路径总长度建立数学模型作为目标优化函数，建立喷枪与船体碰撞问题的模型作为约束条件，以各区域内的多个喷涂路径作为输入量，利用改进的灰狼算法求解满足约束条件和路径最短的目标函数，从而得到各区域内的唯一路径标签，即确定各区域内的最终喷涂路径；得到各区域之间的标签顺序，确定区域之间路径连接顺序即机器人过度路径，最终通过灰狼算法得到在区域内的喷枪喷涂路径和区域之间的喷枪过渡路径即整个喷涂路径。

进一步地，所述步骤5的具体过程包括：

步骤5.1.根据所述步骤2.4得到的各坐标变换矩阵和所述步骤4.3得到的喷涂路径，建立路径变换公式：

步骤5.2.通过协同控制天车与机器人及机械臂按照所述步骤5.1得到的移动路径进行仿真喷涂，喷涂过程中测距模块一直处于工作状态，若存在碰撞，则停止喷涂，调整路径，直到喷涂完成；

在步骤5.1中，所述S_B是指船体坐标系下的喷涂路径，S_W为喷涂路径在世界坐标系下的坐标，S_C为天车移动路径，S_O为机器人基座移动路径，S_P为喷枪喷涂路径。

进一步地，所述步骤6的具体过程包括：

步骤6.1.根据所述步骤5仿真喷涂作业完成后，检测漆膜厚度是否符合要求，如果不符合要求，需要回到所述步骤3重新调整参数，再次进行喷涂，直到喷涂质量满足要求，得到最终的喷涂参数；

步骤6.2.导出所述步骤6.1得到的喷涂参数与所述步骤4.3得到的喷涂路径，通过通讯模块传入实际喷涂现场，进行实际喷涂，整个大型船体分段的喷涂作业离线数模规划完成。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

1、本发明采用X、Y轴移动式天车和Z轴多级伸缩臂形成3自由度移动装置，该装置携载6自由度喷涂机器人进行喷涂，以应对船体结构面与复杂非结构面进行喷涂作业，能够达到全方位喷涂效果，以实现最大范围覆盖喷涂车间内部空间作业要求。

2、本发明首先基于仿真环境进行离线规划得到喷涂路径，再经过坐标变换得到机器人基坐标系下的喷涂路径轨迹，若因喷涂作业变化需要，可离线修改喷涂轨迹来重新满足作业，以实现快速的喷涂作业变化。

3、本发明研究对大型船体工件的喷涂轨迹规划，针对各待喷涂区域的喷涂路径，采用改进的灰狼算法进行路径优化，使喷涂路径达到局部整体均最优状态，从而同时提高喷涂效率和喷涂质量。

4、本发明基于离线轨迹规划，只需要进行首次的模型搭建，即可对不同船体工件采用该喷涂模型进行喷涂，因此形成了一个操作简捷的自动化喷涂系统，优化了喷涂工艺，减少了不必要的环节和人员设置。

附图说明

图1是本发明的一种实施例的大型船体的喷涂工作站喷漆作业示意图。

图2是本发明的一种大型船体分段的喷涂作业离线数模规划系统的模块图。

图3是本发明的一种实施例的喷涂作业时各坐标系示意图。

图4是本发明的一种实施例的喷涂作业路径规划的分区域原则效果图。

图5是本发明的一种实施例的大型船体分段的喷涂作业离线数模规划方法流程图。

其中，1移动式天车，2伸缩臂，3喷涂机器人本体，4喷枪，5测距传感器，6待喷涂船体，7大型置物架，8定位装置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

图1是本发明的一种实施例的大型船体的喷涂工作站喷漆作业示意图。如图1所示，天车1和多级伸缩臂2组成的三自由度移动式天车平台可携带六自由度喷涂机器人3沿X,Y,Z方向，选取特定喷枪4安装于机器人末端，测距传感器5安装于喷涂机器人3机身处，用于测量机器人喷涂过程中机器人与船体的距离，根据测量的距离与设定的最小安全距离比较，以防止发生碰撞问题，待喷涂船体6放置于大型置物架7上，喷房四周安装定位装置8用于对船体位置定位。

图2是本发明的一种实施例的喷涂作业离线数模规划系统模块图。本发明实施例系统包括：定位模块用于对待喷涂船体、喷涂机器人及喷枪位置的确定；碰撞检测模块用于喷涂机器人在喷涂作业过程中检测机身、喷枪与船体是否发生碰撞；路径规划模块用于对各喷涂区域进行路径规划以及对整体路径进行优化得到最优路径，最后经过坐标变换得到喷枪轨迹与喷涂机器人运动轨迹。在数模规划中，工作站建立完成后，定位模块首先对移动天车、喷涂机器人、喷枪及待喷涂分段船体进行定位来确认它们之间的位置转换关系，之后路径规划模块对船体分段表面进行路径规划得到基于船体坐标系下的喷涂路径，再利用坐标转换模块将船体坐标系下的路径分别转换为喷枪、机器人、天车基坐标系下的路径进行喷涂作业，在喷涂过程中，碰撞检测模块时刻检测整个喷涂装置与分段船体的距离，一旦发现小于安全喷涂距离就发出预警及时停止喷涂作业并重新调整路径及机器人运动姿态直到喷涂完成。

图3是本发明的一种实施例的喷涂作业时各坐标系示意图。如图3所示，W-xyz、C-xyz、O-xyz、P-xyz、B-xyz分别是大地、天车装置、喷涂机器人基座、喷枪工具、分段船体工件基坐标系；

图4是本发明的一种实施例的喷涂作业路径规划原则效果图。如图4所示，A，B为区域1的起点或者终点，C，D为区域2的起点或终点，d为喷涂路径间距。

图5是本发明的一种实施例的喷涂作业流程图。如图5所示，流程图三个虚线框中是离线数模规划的重要步骤，其中喷涂区域的划分直接影响喷涂范围的大小，各区域内的路径规划影响区域内的喷涂质量；区域之间的路径规划影响喷涂机器人移动轨迹；坐标的变换精确性直接影响天车、机器人、喷枪的喷涂路径。

本发明的一种大型船体分段的喷涂作业离线数模规划方法，包括以下步骤：

步骤1、根据船厂实际喷涂现场，在仿真软件中搭建同实际喷涂场地所使用的喷涂工作站；

步骤2、在仿真工作站中导入待喷涂分段船体模型，利用测距传感器对天车、机器人、喷枪、船体工件进行定位确定它们之间的位置转换关系；

步骤3、在仿真工作站中划定分段船体待喷涂区域，并利用路径规划模块对各区域进行路径规划；

步骤4、采用改进的灰狼算法对各区域间的过渡路径进行优化获得最终喷涂路径；

步骤5、利用坐标变换模块把分段船体坐标系B-xyz下的喷涂路径分别转换为喷枪、喷涂机器人、天车坐标系下的路径坐标，通过天车、机器人、喷枪的协同运动进行喷涂作业；

步骤6、喷涂作业完成后进行船体表面漆膜厚度检测，若满足喷涂质量则导出轨迹参数，否则需要重新调整喷涂参数再次进行喷涂直到满足喷涂质量要求；

所述步骤1的具体过程包括：

步骤1.1.在仿真软件中建立同实际喷涂场地所使用的喷涂工作站如图1所示，工作站中建立具有由X、Y轴移动天车及Z轴多级伸缩臂组成的X、Y、Z三轴移动式天车平台模型；

步骤1.2.根据移动式平台与喷涂机器人装配关系及机器人与喷枪装配关系，选择特定所需机器人模型与喷枪工具模型，其中，喷枪安装在机器人末端法兰处，机器人倒挂在伸缩臂平台上，由移动式天车带动机器人沿X、Y轴移动，伸缩臂的伸缩随即带动六自由度喷涂机器人沿Z轴方向移动，当天车平台与喷涂机器人同时动作时即可形成一个九自由度的移动喷涂装置；

步骤1.3.工作站中建立具有一定高度的大型承重架模型用于放置分段船体模型，同时工作站四周安装定位装置用于对喷涂装置和待喷涂工件的定位；

所述步骤2的具体过程包括：

步骤2.1.在仿真工作站中导入STEP格式的待喷涂分段船体模型，将船体模型按喷涂需要放置在大型置物架上；

步骤2.2.对大地、天车装置、喷涂机器人基座、喷枪工具、分段船体工件建立基坐标系分别为W-xyz、C-xyz、O-xyz、P-xyz、B-xyz，各坐标系位置关系如图3所示，为方便进行定位，各坐标系的x方向一致、y轴方向一致；

步骤2.3.对步骤2.2建立的各个基坐标系通过定位装置，确定各个基坐标系原点在大地坐标系下的位置；

步骤2.4.通过定位装置在各坐标系下取不同的点，进行坐标变换求解得到各坐标系之间的变换矩阵

而

则由机器人机械臂自身参数求解得到；

在步骤2.4中，所述

是指船体坐标在世界坐标下的转换矩阵，

是指世界坐标在天车坐标系下的转换矩阵，

是指天车坐标在机器人基坐标系下的转换矩阵，

是指机器人基坐标在喷枪坐标系下的转换矩阵；

所述步骤3的具体过程包括：

步骤3.1.在仿真工作站中对船体规则结构面和非结构面进行区域划定，以便于分块喷涂，同时对存在奇异点的区域进行标识，防止发生碰撞；

步骤3.2.根据船厂所需质量要求，建立喷枪模型与平面漆膜分布模型，根据喷枪模型设置喷涂油漆流量，喷涂高度，喷涂速度，喷涂倾角等参数；因喷涂机器人进行连续喷涂时，喷涂间距直接影响漆膜叠加部分的漆膜均匀性，根据平面漆膜厚度分布模型与喷涂参数设置调整喷涂间距；

步骤3.3.考虑减少喷涂时间提高喷涂效率，通过优化原则来规划路径，使得各区域得到多个喷涂路径结果；

在步骤3.3中，所述优化原则示意图如图4所示，所述优化原则是指：让每一块喷涂区域内的轨迹终点与其相邻区域内的喷涂轨迹起点最近，以此来缩短相邻区域之间的过渡路径减少机器人移动的过度时间；因喷涂机器人沿横向和纵向喷涂时的路径转折点个数不同，应让每一块区域内的轨迹转折点应尽可能少，以此来减少机器人喷涂转折时间；让每块区域内的轨迹与其相邻区域内的喷涂轨迹都平行于相邻区域之间的相交线，以此来使相交线附近漆膜厚度均匀；

所述步骤4的具体过程包括：

步骤4.1.对所述步骤3.1得到的区域随机进行标标记，得到区域1、区域2、区域3，以此类推，直到所有区域都标记完成；

步骤4.2.对所述步骤3.3得到的各区域内的路径进行标签，得到区域1内路径1、路径2，路径3，以此类推，直到每个区域内的每个路径标记都完成；

步骤4.3.根据喷涂路径总长度建立数学模型作为目标优化函数，建立喷枪与船体碰撞问题的模型作为约束条件，以各区域内的多个喷涂路径作为输入量，利用改进的灰狼算法求解满足约束条件和路径最短的目标函数，从而得到各区域内的唯一路径标签，即确定各区域内的最终喷涂路径；得到各区域之间的标签顺序，确定区域之间路径连接顺序即机器人过度路径，最终通过灰狼算法得到在区域内的喷枪喷涂路径和区域之间的喷枪过渡路径即整个喷涂路径；

所述步骤5的具体过程包括：

步骤5.1.根据所述步骤2.4得到的各坐标变换矩阵和所述步骤4.3得到的喷涂路径，建立路径变换公式：

步骤5.2.通过协同控制天车与机器人及机械臂按照所述步骤5.1得到的移动路径进行仿真喷涂，喷涂过程中测距模块一直处于工作状态，若存在碰撞，则停止喷涂，调整路径，直到喷涂完成；

在步骤5.1中，所述S_B是指船体坐标系下的喷涂路径，S_W为喷涂路径在世界坐标系下的坐标，S_C为天车移动路径，S_O为机器人基座移动路径，S_P为喷枪喷涂路径；

所述步骤6的具体过程包括：

步骤6.1.根据所述步骤5仿真喷涂作业完成后，检测漆膜厚度是否符合要求，如果不符合要求，需要回到所述步骤3重新调整参数，再次进行喷涂，直到喷涂质量满足要求，得到最终的喷涂参数；

步骤6.2.导出所述步骤6.1得到的喷涂参数与所述步骤4.3得到的喷涂路径，通过通讯模块传入实际喷涂现场，进行实际喷涂，整个大型船体分段的喷涂作业离线数模规划完成。

本发明不同于现有技术喷涂方法的显著特点包括：其一，本发明通过基于离线建模方法，一旦初始模型建立起来则对于不同喷涂对象都可以采用该模型，若因喷涂作业改变，只需要修改喷涂轨迹即可满足作业需要；其二，本发明采用移动式天车携带喷涂机器人进行喷涂，通过协同控制天车和机器人进行喷涂，能够解决对非结构面喷涂的难点，同时能够满足更大喷涂范围需要；其三，本发明把各区域内的路径和各喷涂区域之间路径同时考虑，可以规划出喷涂质量更好，喷涂效率更高且不会发生碰撞问题的喷涂路径。

Claims (8)

1.一种大型船体分段的喷涂作业离线数模规划系统，其特征在于：

进行喷涂作业的喷涂工作站包括：X、Y轴移动的二自由度移动式天车(1)，其平台可携载沿Z轴伸缩的多级伸缩臂(2)，伸缩臂末端倒挂六自由度的喷涂机器人(3)，机器人机械臂末端安装有喷枪(4)，其机身处安装有用于测量机器人喷涂过程中机器人与船体的距离的测距传感器(5)，待喷涂船体(6)放置于置物架(7)上，喷房四周安装定位装置(8)用于对船体位置定位；

所述系统包括：

定位模块，用于对、移动天车、待喷涂船体、喷涂机器人及喷枪位置的确定；

碰撞检测模块，用于喷涂机器人在喷涂作业过程中检测机身、喷枪与船体是否发生碰撞；

路径规划模块，用于对各喷涂区域进行路径规划以及对整体路径进行优化得到最优路径，最后经过坐标变换得到喷枪轨迹与喷涂机器人运动轨迹。

2.一种大型船体分段的喷涂作业离线数模规划方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的喷涂作业的喷涂工作站和喷涂作业离线数模规划系统，包括以下步骤：

步骤1、根据船厂实际喷涂现场，在仿真软件中搭建同实际喷涂场地所使用的喷涂工作站；

步骤2、在仿真工作站中导入待喷涂分段船体模型，利用测距传感器对天车、机器人、喷枪、船体工件进行定位；

步骤3、在仿真工作站中划定分段船体待喷涂区域，并利用路径规划模块对各区域进行路径规划；

步骤4、采用改进的灰狼算法对各区域间的过渡路径进行优化获得最终喷涂路径；

步骤5、利用坐标变换模块把分段船体坐标系B-xyz下的喷涂路径分别转换为喷枪、喷涂机器人、天车坐标系下的路径坐标，通过天车、机器人、喷枪的协同作业运动；

步骤6、漆膜检测，导出轨迹。

3.根据权利要求2所述的一种大型船体分段的喷涂作业离线数模规划方法，其特征在于，所述步骤1的具体过程包括：

步骤1.1.在仿真软件中建立同实际喷涂场地所使用的喷涂工作站，工作站中建立具有由X、Y轴移动天车及Z轴多级伸缩臂组成的X、Y、Z三轴移动式天车平台模型；

步骤1.2.根据移动式平台与喷涂机器人装配关系及机器人与喷枪装配关系，选择特定所需机器人模型与喷枪工具模型，其中，喷枪安装在机器人末端法兰处，机器人倒挂在伸缩臂平台上，由移动式天车带动机器人沿X、Y轴移动，伸缩臂的伸缩随即带动六自由度喷涂机器人沿Z轴方向移动，当天车平台与喷涂机器人同时动作时即可形成一个九自由度的移动喷涂装置；

步骤1.3.喷涂工作站中建立具有一定高度的大型承重架模型用于放置分段船体模型，同时工作站四周安装定位装置用于对喷涂装置和待喷涂工件的定位。

4.根据权利要求2所述的一种大型船体分段的喷涂作业离线数模规划方法，其特征在于，所述步骤2的具体过程包括：

步骤2.1.在仿真工作站中导入STEP格式的待喷涂分段船体模型，将船体模型按喷涂需要放置在大型置物架上；

步骤2.2.对大地、天车装置、喷涂机器人基座、喷枪工具、分段船体工件建立基坐标系分别为W-xyz、C-xyz、O-xyz、P-xyz、B-xyz；为方便进行定位，各坐标系的x方向一致、y轴方向一致；

步骤2.3.对步骤2.2建立的各个基坐标系通过定位装置，确定各个基坐标系原点在大地坐标系下的位置；

步骤2.4.通过定位装置在各坐标系下取不同的点，进行坐标变换求解得到各坐标系之间的变换矩阵

而

则由机器人机械臂自身参数求解得到；

在步骤2.4中，所述

是指船体坐标在世界坐标下的转换矩阵，

是指世界坐标在天车坐标系下的转换矩阵，

是指天车坐标在机器人基坐标系下的转换矩阵，

是指机器人基坐标在喷枪坐标系下的转换矩阵。

5.根据权利要求2所述的一种大型船体分段的喷涂作业离线数模规划方法，其特征在于，所述步骤3的具体过程包括：

步骤3.1.在仿真工作站中对船体规则结构面和非结构面进行区域划定，以便于分块喷涂，同时对存在奇异点的区域进行标识，防止发生碰撞；

步骤3.2.根据船厂所需质量要求，建立喷枪模型与平面漆膜分布模型，根据喷枪模型设置喷涂油漆流量，喷涂高度，喷涂速度，喷涂倾角等参数；因喷涂机器人进行连续喷涂时，喷涂间距直接影响漆膜叠加部分的漆膜均匀性，根据平面漆膜厚度分布模型与喷涂参数设置调整喷涂间距；

步骤3.3.考虑减少喷涂时间提高喷涂效率，通过优化原则来规划路径，使得各区域得到多个喷涂路径结果；所述优化原则是指：让每一块喷涂区域内的轨迹终点与其相邻区域内的喷涂轨迹起点最近，以此来缩短相邻区域之间的过渡路径减少机器人移动的过度时间；因喷涂机器人沿横向和纵向喷涂时的路径转折点个数不同，应让每一块区域内的轨迹转折点应尽可能少，以此来减少机器人喷涂转折时间；让每块区域内的轨迹与其相邻区域内的喷涂轨迹都平行于相邻区域之间的相交线，以此来使相交线附近漆膜厚度均匀。

6.根据权利要求2所述的一种大型船体分段的喷涂作业离线数模规划方法，其特征在于，所述步骤4的具体过程包括：

步骤4.1.对所述步骤3.1得到的区域随机进行标标记，得到区域1、区域2、区域3，以此类推，直到所有区域都标记完成；

步骤4.2.对所述步骤3.3得到的各区域内的路径进行标签，得到区域1内路径1、路径2，路径3，以此类推，直到每个区域内的每个路径标记都完成；

步骤4.3.根据喷涂路径总长度建立数学模型作为目标优化函数，建立喷枪与船体碰撞问题的模型作为约束条件，以各区域内的多个喷涂路径作为输入量，利用改进的灰狼算法求解满足约束条件和路径最短的目标函数，从而得到各区域内的唯一路径标签，即确定各区域内的最终喷涂路径；得到各区域之间的标签顺序，确定区域之间路径连接顺序即机器人过度路径，最终通过灰狼算法得到在区域内的喷枪喷涂路径和区域之间的喷枪过渡路径即整个喷涂路径。

7.根据权利要求2所述的一种大型船体分段的喷涂作业离线数模规划方法，其特征在于，所述步骤5的具体过程包括：

步骤5.1.根据所述步骤2.4得到的各坐标变换矩阵和所述步骤4.3得到的喷涂路径，建立路径变换公式：

步骤5.2.通过协同控制天车与机器人及机械臂按照所述步骤5.1得到的移动路径进行仿真喷涂，喷涂过程中测距模块一直处于工作状态，若存在碰撞，则停止喷涂，调整路径，直到喷涂完成；

在步骤5.1中，所述S_B是指船体坐标系下的喷涂路径，S_W为喷涂路径在世界坐标系下的坐标，S_C为天车移动路径，S_O为机器人基座移动路径，S_P为喷枪喷涂路径。

8.根据权利要求2所述的一种大型船体分段的喷涂作业离线数模规划方法，其特征在于，所述步骤6的具体过程包括：

步骤6.1.根据所述步骤5仿真喷涂作业完成后，检测漆膜厚度是否符合要求，如果不符合要求，需要回到所述步骤3重新调整参数，再次进行喷涂，直到喷涂质量满足要求，得到最终的喷涂参数；

步骤6.2.导出所述步骤6.1得到的喷涂参数与所述步骤4.3得到的喷涂路径，通过通讯模块传入实际喷涂现场，进行实际喷涂，整个大型船体分段的喷涂作业离线数模规划完成。

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