CN116174208A - 用于阻尼材料自动喷涂的14轴机器人系统及其控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明用于阻尼材料自动喷涂的14轴机器人系统及其控制系统涉及一种自动化机器人系统。其目的是为了提供一种喷涂胶层均匀、节省人力的14轴机器人系统及其控制系统。本发明的14轴机器人系统包括上位机、大机器人系统、小机器人系统、视觉定位系统和喷涂系统，大机器人系统包括重载机器人和外部轴轨道；小机器人系统包括小机器人，小机器人安装在重载机器人上，小机器人上安装有视觉定位系统和喷涂系统的喷枪；视觉定位系统与小机器人固定连接，视觉定位系统与喷枪坐标系进行手眼标定，视觉定位系统用于对喷涂的位置进行定位；上位机用于控制大机器人系统和小机器人系统，视觉定位系统采集数据与上位机通信后，上位机控制喷枪进行喷涂作业。

Description

用于阻尼材料自动喷涂的14轴机器人系统及其控制系统
技术领域
本发明涉及自动化控制技术领域，特别是涉及一种用于动车组车内阻尼材料自动喷涂的14轴机器人系统及其控制系统。
背景技术
动车组多采用双层薄壁铝合金作为车体结构。在行驶过程中，车体会不断震动并产生大量噪声，这些震动会直接影响乘客的舒适性。为了改善铝型材的隔音性能，可以在车体内部喷涂阻尼材料以增强其阻尼性能，抑制其振动，从而降低噪声。
目前国内外应用最多的均为针对车体外表面的自动化喷涂设备，但动车组车内环境复杂，结构繁多，地板凹凸不平，现有自动化设备无法直接应用于车内施工。因此目前行业内的轨道交通行业动车组车内阻尼涂料喷涂均为人工喷涂的方式。因动车组车内结构复杂、阻尼涂料喷涂厚度不一，若均依靠人工进行喷涂，存在较高的职业健康风险。另外，喷涂质量与工人技能有较大关系，常出现喷涂厚度不均匀，局部流坠堆积等问题，为保证厚度均一性，需进行多次测量、多次喷涂。根据阻尼降噪需要，车内不同区域喷涂厚度不同，每次喷涂前均需测量定位，员工工作量较大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种喷涂胶层均匀、节省人力的用于阻尼材料自动喷涂的14轴机器人系统及其控制系统。
本发明提供的一个技术方案，一种用于阻尼材料自动喷涂的14轴机器人系统，包括上位机、大机器人系统、小机器人系统、视觉定位系统和喷涂系统，
大机器人系统位于车厢外侧，包括重载机器人和外部轴轨道，重载机器人能够在外部轴轨道上运动；
小机器人系统包括小机器人，小机器人能够伸入车厢内部，小机器人安装在重载机器人上，小机器人上安装有视觉定位系统和喷涂系统的喷枪；
视觉定位系统与小机器人固定连接，视觉定位系统与喷枪坐标系进行手眼标定，视觉定位系统用于对喷涂的位置进行定位；
上位机用于控制大机器人系统和小机器人系统，视觉定位系统采集数据与上位机通信后，上位机控制喷枪进行喷涂作业；
重载机器人、外部轴轨道和小机器人均由上位机依次通过TCP/IP协议和Ethercat总线统一进行伺服控制。
本发明用于阻尼材料自动喷涂的14轴机器人系统，其中所述外部轴轨道包括行走轴和升降轴，行走轴沿X轴方向水平设置，升降轴沿Z轴方向竖直设置。
本发明用于阻尼材料自动喷涂的14轴机器人系统，其中所述行走轴的长度等于或者大于车厢的长度，升降轴高于车厢的高度。
本发明用于阻尼材料自动喷涂的14轴机器人系统，其中所述重载机器人的负重大于小机器人及小机器人末端所夹持的阻尼材料喷涂系统的重量。
本发明用于阻尼材料自动喷涂的14轴机器人系统，其中所述视觉定位系统通过TCP/IP协议把位置信息数据传输给上位机。
本发明用于阻尼材料自动喷涂的14轴机器人系统，其中所述上位机通过Profinet总线与PLC进行通讯，PLC用于控制喷枪。
本发明的另一个技术方案，一种用于阻尼材料自动喷涂的14轴机器人系统的控制系统，所述上位机根据视觉定位系统反馈的坐标数据，通过Profinet总线跟PLC进行通讯，PLC控制喷枪。
本发明用于阻尼材料自动喷涂的14轴机器人系统及其控制系统与现有技术不同之处在于，本发明用于阻尼材料自动喷涂的14轴机器人系统通过大机器人系统和小机器人系统的搭配，解决了传统的6轴机器人在外部无法对动车内进行阻尼喷涂的问题，实现了机械自动化后便可以节省人力，减少工人在恶劣施工环境下工作的时间。本发明将多个控制系统进行融合，形成一个完整的14轴机器人的控制系统，其中每个控制系统完成不同的运动空间内的作业，其中两个行走轴和大机器人主要完成车厢外的空间作业，小机器人主要完成车厢内的空间作业，通过小机器人上安装的视觉定位系统进行定位，喷枪进行自动喷涂，可以保证喷涂胶膜厚度均匀一致，避免人工喷涂不均匀及局部流坠现象，提高了喷涂质量，有效降低了用工成本。
下面结合附图对本发明的用于阻尼材料自动喷涂的14轴机器人系统及其控制系统作进一步说明。
附图说明
图1为本发明用于阻尼材料自动喷涂的14轴机器人系统的结构示意图；
图2为本发明用于阻尼材料自动喷涂的14轴机器人系统的控制系统的工作原理图；
图中标记示意为：1-行走轴；2-升降轴；3-视觉定位系统；4-小机器人；5-重载机器人。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
如图1所示，本发明用于阻尼材料自动喷涂的14轴机器人系统包括上位机、大机器人系统、小机器人系统、视觉定位系统3和喷涂系统。大机器人系统与小机器人系统相连。视觉定位系统3和喷涂系统安装在小机器人系统上。上位机能够分别与其他系统进行通信。
大机器人系统位于车厢外侧，主要用于完成车厢外部的空间运动。大机器人系统包括重载机器人和外部轴轨道。本实施例中，重载机器人为6轴工业机器人。重载机器人的负重大于小机器人4及小机器人4末端所夹持的阻尼材料喷涂系统的重量。外部轴轨道包括行走轴1和升降轴2，行走轴1沿X轴方向水平设置，升降轴2沿Z轴方向竖直设置。行走轴1的长度等于或者大于车厢的长度，升降轴2高于车厢的高度。重载机器人与行走轴1和升降轴2连接，由行走轴1和升降轴2扩展重载机器人的运动范围。在大机器人系统中，重载机器人和外部轴轨道由上位机依次通过TCP/IP协议和Ethercat总线统一进行伺服控制。本实施例中，重载机器人采用示教器进行控制，行走轴1和升降轴2在程序指令中进行协同控制。
小机器人系统包括小机器人4，本实施例中，小机器人4为小6轴工业机器人。小机器人4安装在重载机器人的末端，小机器人4的底座基坐标系是重载机器人的末端工具坐标系。小机器人4的末端安装有视觉定位系统3和喷涂系统的喷枪，可以方便伸入到车厢内部进行喷涂。视觉定位系统3与小机器人4形成一个绝对的位置关系，然后将小机器人4的末端喷枪坐标系跟视觉定位系统3进行手眼标定，把视觉的坐标系跟小机器人4的末端的工具坐标系进行标定。在小机器人系统中，小机器人的位置和姿态由上位机依次通过TCP/IP协议和Ethercat总线伺服控制。本实施例中，大机器人系统和小机器人系统均采用Ethercat总线进行控制，便于把两个机器人的模型及行走轴放在一个运动学模型中进行控制，机器人控制器来同时控制机器人的6个轴及两个行走轴，从而实现行走轴跟重载机器人本体运动的实时性跟一致性。视觉定位系统3对要喷涂的位置进行定位，同时通过TCP/IP协议把位置信息数据传输给小机器人控制系统及上位机，然后小机器人4进行路径规划，上位机再通过Profinet总线跟PLC进行通讯，PLC来负责对喷枪进行控制，通过PLC来控制喷枪的流量、气压、开关等信号来完成阻尼喷涂作业。
实施例2
如图2所示，本发明用于阻尼材料自动喷涂的14轴机器人系统的控制系统包括上位机，上位机通过TCP/IP协议与大机器人系统和小机器人系统进行通信，大机器人系统和小机器人系统内部设备的位置和姿态均由上位机通过Ethercat总线伺服控制。小机器人系统与相连接的视觉定位系统3形成一个绝对的位置关系，然后将小机器人4的末端喷枪坐标系跟视觉定位系统3进行手眼标定，把视觉的坐标系跟小机器人4的末端的工具坐标系进行标定。视觉定位系统3对要喷涂的位置进行定位，上位机与视觉定位系统3通过TCP/IP协议通信，上位机根据视觉定位系统3反馈的坐标数据，通过Profinet总线跟PLC进行通讯，PLC负责对喷枪进行控制，从而实现了动车组车内阻尼材料得自动喷涂。
本文发明了一种车内阻尼胶自动喷涂系统，利用大机器人前端安装小机器人，并给大机器人配装外部轴轨道这种升降滑台系统及行走轴1系统来扩大自动喷涂的作业范围，同时配套定位系统、供料系统、定量系统、喷枪自动避障系统、安全系统、控制系统等来实现动车组车内阻尼胶的自动喷涂。喷涂胶层均匀且美观，降低了用工成本，提高了喷涂质量。
如果采用自动化喷涂技术，能将操作人员从恶劣的施工工作环境中解脱出来，减少喷涂过程中有害气体对施工人员的伤害，有效的降低用工成本，提高生产效率和技术参数的重现性，提高喷涂质量。
本发明用于阻尼材料自动喷涂的14轴机器人系统及其控制系统相比于现有技术，存在以下优点：
1.本发明解决了传统的6轴机器人在外部无法对动车内进行阻尼喷涂的问题，由于机械臂在空间的工作域为一个球体，即使搭配行走轴1，也无法从外部探入车厢内进行阻尼材料喷涂作业的问题。
2.本发明将多个控制系统进行融合，形成一个完整的14轴机器人的控制系统，其中每个控制系统完成不同的运动空间内的作业，其中两个行走轴1+大机器人主要完成车厢外的空间作业，小机器人主要完成车厢内的空间作业。
3.本发明结合视觉定位系统3进行定位，配合小机器人完成自动阻尼喷涂作业。
4.将操作人员从恶劣的施工环境中解脱出来，减少喷涂过程中的有害气体对施工人员的伤害。
5.自动喷涂胶膜厚度均匀一直，避免人工喷涂不均匀及局部流坠现象，提高了喷涂质量。有效降低了用工成本，提高了生产效率和技术参数的重现性。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种用于阻尼材料自动喷涂的14轴机器人系统，其特征在于：包括上位机、大机器人系统、小机器人系统、视觉定位系统和喷涂系统，
大机器人系统位于车厢外侧，包括重载机器人和外部轴轨道，重载机器人能够在外部轴轨道上运动；
小机器人系统包括小机器人，小机器人能够伸入车厢内部，小机器人安装在重载机器人上，小机器人上安装有视觉定位系统和喷涂系统的喷枪；
视觉定位系统与小机器人固定连接，视觉定位系统与喷枪坐标系进行手眼标定，视觉定位系统用于对喷涂的位置进行定位；
上位机用于控制大机器人系统和小机器人系统，视觉定位系统采集数据与上位机通信后，上位机控制喷枪进行喷涂作业；
重载机器人、外部轴轨道和小机器人均由上位机依次通过TCP/IP协议和Ethercat总线统一进行伺服控制。
2.根据权利要求1所述的用于阻尼材料自动喷涂的14轴机器人系统，其特征在于：所述外部轴轨道包括行走轴和升降轴，行走轴沿X轴方向水平设置，升降轴沿Z轴方向竖直设置。
3.根据权利要求2所述的用于阻尼材料自动喷涂的14轴机器人系统，其特征在于：所述行走轴的长度等于或者大于车厢的长度，升降轴高于车厢的高度。
4.根据权利要求1所述的用于阻尼材料自动喷涂的14轴机器人系统，其特征在于：所述重载机器人的负重大于小机器人及小机器人末端夹持的喷涂系统的重量。
5.根据权利要求1所述的用于阻尼材料自动喷涂的14轴机器人系统，其特征在于：所述视觉定位系统通过TCP/IP协议把位置信息数据传输给上位机。
6.根据权利要求1所述的用于阻尼材料自动喷涂的14轴机器人系统，其特征在于：所述上位机通过Profinet总线与PLC进行通讯，PLC用于控制喷枪。
7.一种用于阻尼材料自动喷涂的14轴机器人系统的控制系统，用于控制权利要求1-4任意一项所述的14轴机器人系统，其特征在于：所述上位机与视觉定位系统通过TCP/IP协议通信，上位机根据视觉定位系统反馈的坐标数据，通过Profinet总线跟PLC进行通讯，PLC控制喷枪。
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