CN114918937A - 一种基于位置传感技术的喷涂枪及其机器人便捷编程装置 - Google Patents

一种基于位置传感技术的喷涂枪及其机器人便捷编程装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及喷涂机器人技术领域，具体为一种基于位置传感技术的喷涂枪及其机器人便捷编程装置，喷涂枪包括支架、水平固定连接在支架前端顶部的喷头、竖直固定连接在支架后端底部的操作手柄，对应设置在支架左侧、右侧、后端的三个位置追踪器，支架左侧处的位置追踪器与支架右侧处的位置追踪器沿支架的中线左右对称，喷头的中线、操作手柄的中线以及支架后端处的位置追踪器的中线三线重合。本发明能够不需要通过示教器编写机器人轨迹程序，只需工人手持装置完成一次实际喷涂作业，即可完成对喷涂机器人运动轨迹的编程。将程序复制到机器人控制器，喷涂机器人即可按照工人实际喷涂的轨迹路径进行自动喷涂，极大的降低机器人编程难度。

Description

一种基于位置传感技术的喷涂枪及其机器人便捷编程装置
技术领域
本发明涉及喷涂机器人技术领域，具体为一种基于位置传感技术的喷涂枪及其机器人便捷编程装置。
背景技术
近年来，由于人口红利的逐步消失，制造业领域对自动化，尤其是喷涂场景，由于工作环境恶劣且对人体有害，企业对喷涂机器人的需求越发迫切。目前，制约喷涂机器人广泛应用的主要难题是喷涂机器人编程操作困难，传统的通过示教器，采用P2P方式的编程，需要操作者熟练掌握机器人程序代码，对机器人坐标系、工件坐标系、喷涂工艺参数等的控制有较深理解，因此对操作工人专业水平要求高，很多企业面临喷涂机器人买得起用不起的痛苦，因此解决机器人编程困难的问题，已成为喷涂机器人领域头等重要的工作。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提出了一种基于位置传感技术的喷涂枪及其机器人便捷编程装置。
本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种基于位置传感技术的喷涂枪，包括支架、水平固定连接在支架前端顶部的喷头、竖直固定连接在支架后端底部的操作手柄，对应设置在支架左侧、右侧、后端的三个位置追踪器，支架左侧处的位置追踪器与支架右侧处的位置追踪器沿支架的中线左右对称，喷头的中线、操作手柄的中线以及支架后端处的位置追踪器的中线三线重合，三个位置追踪器处于同一水面内，形成一个对喷头的点坐标进行准确定义的6自由度笛卡尔坐标系统。
优选地，操作手柄上设有控制相应的开/关枪、流量、扇形、雾化的工艺参数按钮。
优选地，支架的中线与支架左侧处的位置追踪器、支架右侧处的位置追踪器之间的距离均为L，L为70～120mm。
优选地，喷头与支架左、右侧的位置追踪器的中线之间的平面垂直距离为D，小于50mm。
优选地，喷头与支架左、右侧的位置追踪器的中线之间的水平高度距离为H，H小于50mm。
优选地，支架后端的位置追踪器与支架左、右侧的位置追踪器的中线之间的水平垂直距离为W，W为70～120mm。
一种基于位置传感技术的喷涂机器人便捷编程装置，应用一种基于位置传感技术的喷涂枪，还包括完整接收三个位置追踪器发出的位置及姿态信号的若干个位置接收器、与位置接收器相连的计算机，若干个位置接收器构成位置接收区域，喷涂枪在位置接收区域的覆盖范围内进行运动示教；
计算机将三个位置追踪器形成的喷枪坐标系，转换为机器人工具坐标系，按照机器人MD-H算法进行轨迹规划，生成机器人可执行的程序文件。
作为本发明的进一步改进，还包括间隔分布的两个固定架，位置接收器设置在两个固定架上，每个固定架上的位置接收器的数量为两个，呈上下分布。
作为本发明的进一步改进，两个固定架之间的间距为3-4m。
作为本发明的进一步改进，每个固定架上的两个位置接收器之间的间距为2m。
本发明的有益效果是：
与现有技术相比，本发明能够不需要通过示教器编写机器人轨迹程序，只需工人手持装置完成一次实际喷涂作业，即可完成对喷涂机器人运动轨迹的编程。将程序复制到机器人控制器，喷涂机器人即可按照工人实际喷涂的轨迹路径进行自动喷涂，极大的降低机器人编程难度。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1为本发明中喷涂枪的前视结构示意图；
图2为本发明中喷涂枪的左视结构示意图；
图3为本发明中喷涂枪的俯视结构示意图；
图4为本发明中喷涂枪的坐标系统；
图5为本发明中便捷编程装置的结构示意图。
图中：1、支架；2、喷头；3、操作手柄；4、位置追踪器；5、位置接收器；6、计算机；7、固定架。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图以及实施例对本发明进一步阐述。
如图1至图3所示，一种基于位置传感技术的喷涂枪，包括支架1、喷头2、操作手柄3、三个位置追踪器4。所述喷头2水平固定连接在支架1的前端顶部，所述喷头2的中线与支架1的中线重合，所述操作手柄3竖直固定连接在支架1的后端底部，所述操作手柄3的中线与支架1的中线重合，所述操作手柄3用于手持喷涂过程中控制喷枪工艺参数，如开/关枪、流量、扇形、雾化等。
三个位置追踪器4对应设置在支架1的左侧、右侧、后端，左侧的位置追踪器4与右侧的位置追踪器4以支架1的中线左右对称分布，且距离支架1的中线的距离为L，L为70～120mm，当小于70mm时会导致位置精度衰减，当小于120mm时则不方便操作。所述喷头2与左、右侧的位置追踪器4的中线之间的水平高度距离为H，H小于50mm，方便操作。所述喷头2与左、右侧的位置追踪器4的中线之间的平面垂直距离为D小于50mm，方便操作。后端的位置追踪器4的中线与支架1的中线重合，后端的位置追踪器4与左、右两侧的位置追踪器4之间的垂直距离为W，W为70～120mm，当小于70mm时会导致位置精度衰减，当小于120mm时则不方便操作。
三个位置追踪器4处于同一水面内，记为P1、P2、P3，形成一个对喷头2的点坐标进行准确定义的6自由度笛卡尔坐标系统，如图4所示。
按如下坐标矩阵变换，将位置跟踪装置的喷枪坐标系与机器人末端喷枪坐标系映射，实现了拖动喷涂的轨迹可以在喷涂机器上复现。
坐标方向定义如下表：
Figure BDA0003654295730000031
Figure BDA0003654295730000041
两者坐标变换公式如下：
Qr＝T-1QvT
其中：Qr——机器人工具坐标矩阵；Qv——位置跟踪装置工具坐标矩阵；T——左边变换矩阵。
Figure BDA0003654295730000042
进一步地，喷涂枪中的位置跟踪器4的数量及相对位置关系，对跟踪精度的影响较大，为得到最合适的跟踪器数量及最合理位置关系，进行了大量的测试时间，通过对四个典型位置点(即为工件喷涂面的四个顶点或四个突出点)的跟踪精度比较，确定了三个位置追踪器沿支架1的中线对称布置为最优布置结构，实验比较数据如下：
Figure BDA0003654295730000043
Figure BDA0003654295730000044
Figure BDA0003654295730000051
Figure BDA0003654295730000052
通过上述三个表格可以看出，当位置追踪器2的数量为两个时，其平均误差要大于数量为三个时的平均误差；当位置追踪器2的数量为四个时，其平均误差小于数量为三个时的平均误差，但是其精度提高有限，并且会导致计算量成倍数增加，不符合实际使用需求。
如图5所示，一种基于位置传感技术的喷涂机器人便捷编程装置，应用权利要求一种基于位置传感技术的喷涂枪，还包括位置接收器5、计算机6以及固定架7。
所述固定架7设有两个，彼此之间间距3-4m分布；所述位置接收器5设有四个，对应设置在两个固定架7的上侧和下侧，同一个固定架7上的两个位置接收器5之间的间距为2m左右，以保证完整地接收位置追踪器4发出的位置及姿态信号。四个位置接收器5通过USB与计算机6相连，通过USB接口将接收到的位置信息传输到计算机6上。
通过上述的设置，四个位置接收器5构成了位置接收区域，喷涂枪在位置接收区域的覆盖范围内进行运动示教；计算机6将三个位置追踪器4形成的喷枪坐标系，转换为机器人工具坐标系，按照机器人MD-H算法进行轨迹规划，生成机器人可执行的程序文件。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种基于位置传感技术的喷涂枪，其特征在于：包括支架(1)、水平固定连接在支架(1)前端顶部的喷头(2)、竖直固定连接在支架(1)后端底部的操作手柄(3)，对应设置在支架(1)左侧、右侧、后端的三个位置追踪器(4)，支架(1)左侧处的位置追踪器(4)与支架(1)右侧处的位置追踪器(4)沿支架(1)的中线左右对称，喷头(2)的中线、操作手柄(3)的中线以及支架(1)后端处的位置追踪器(4)的中线三线重合，三个位置追踪器(4)处于同一水面内，形成一个对喷头(2)的点坐标进行准确定义的6自由度笛卡尔坐标系统。
2.根据权利要求1所述的一种基于位置传感技术的喷涂枪，其特征在于：操作手柄(3)上设有控制相应的开/关枪、流量、扇形、雾化的工艺参数按钮。
3.根据权利要求1所述的一种基于位置传感技术的喷涂枪，其特征在于：支架(1)的中线与支架(1)左侧处的位置追踪器(4)、支架(1)右侧处的位置追踪器(4)之间的距离均为L，L为70～120mm。
4.根据权利要求1所述的一种基于位置传感技术的喷涂枪，其特征在于：喷头(2)与支架(1)左、右侧的位置追踪器(4)的中线之间的平面垂直距离为D，D小于50mm。
5.根据权利要求1所述的一种基于位置传感技术的喷涂枪，其特征在于：喷头(2)与支架(1)左、右侧的位置追踪器(4)的中线之间的水平高度距离为H，H小于50mm。
6.根据权利要求1所述的一种基于位置传感技术的喷涂枪，其特征在于：支架(1)后端的位置追踪器(4)与支架(1)左、右侧的位置追踪器(4)的中线之间的水平垂直距离为W，W为70～120mm。
7.一种基于位置传感技术的喷涂机器人便捷编程装置，其特征在于：应用权利要求1至6中任一项所述的一种基于位置传感技术的喷涂枪，还包括完整接收三个位置追踪器(4)发出的位置及姿态信号的若干个位置接收器(5)、与位置接收器(5)相连的计算机(6)，若干个位置接收器(5)构成位置接收区域，喷涂枪在位置接收区域的覆盖范围内进行运动示教；
计算机(6)将三个位置追踪器(4)形成的喷枪坐标系，转换为机器人工具坐标系，按照机器人MD-H算法进行轨迹规划，生成机器人可执行的程序文件。
8.根据权利要求7所述的一种基于位置传感技术的喷涂机器人便捷编程装置，其特征在于：还包括间隔分布的两个固定架(7)，位置接收器(5)设置在两个固定架(7)上，每个固定架(7)上的位置接收器(5)的数量为两个，呈上下分布。
9.根据权利要求8所述的一种基于位置传感技术的喷涂机器人便捷编程装置，其特征在于：两个固定架(7)之间的间距为3-4m。
10.根据权利要求8所述的一种基于位置传感技术的喷涂机器人便捷编程装置，其特征在于：每个固定架(7)上的两个位置接收器(5)之间的间距为2m。
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