CN116422551A - 异型工件喷涂方法、装置、设备、存储介质及机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种异型工件喷涂方法、装置、设备、存储介质及机器人，方法通过采集待喷涂异型工件喷涂表面的三维点云数据；基于三维点云数据和喷枪参数，划分喷涂区域；基于喷涂区域，生成喷涂轨迹；对喷涂轨迹进行平滑处理，得到作业路径，控制喷枪基于作业路径进行喷涂作业，通过准确的采集异型工件喷涂表面的三维点云数据，然后基于三维点云数据进行划分生成作业路径的方式，不会受到定位架定位精度的影响，且每次均是自动基于识别到的三维点云数据最终确定的作业路径，能够保证快速、准确地完成喷头作业，有效地提高喷涂作业效率。

Description

异型工件喷涂方法、装置、设备、存储介质及机器人
技术领域
本发明涉及喷涂作业技术领域，尤其涉及一种异型工件喷涂方法、装置、设备、存储介质及机器人。
背景技术
传统的喷涂机器人进行喷涂作业之前，需要工人对机器人的喷涂轨迹进行完整地示教。当示教工作完成后，机器人可以按照固定的喷涂轨迹进行重复喷涂作业。
但是，喷涂机器人的这种工作方式对工件定位架的定位精度要求较高，针对于异型工件而言，一旦定位架的位置与示教位置出现差异，机器人喷涂精度就会急剧下降，容易造成喷涂失败，导致异型工件喷涂效率相对较低。
发明内容
本发明提供一种异型工件喷涂方法、装置、设备、存储介质及机器人，用以解决现有技术中异型工件喷涂效率低的缺陷。
本发明提供一种异型工件喷涂方法，包括：
采集待喷涂异型工件喷涂表面的三维点云数据；
基于所述三维点云数据和喷枪参数，划分喷涂区域；
基于所述喷涂区域，生成喷涂轨迹；
对所述喷涂轨迹进行平滑处理，得到作业路径，控制喷枪基于所述作业路径进行喷涂作业。
根据本发明提供的一种异型工件喷涂方法，所述对所述喷涂轨迹进行平滑处理，得到作业路径，包括：
采用样条曲线对所述喷涂轨迹进行位置插补；
利用单位四元数多姿态差值对所述位置插补后的喷涂轨迹进行姿态插补；
通过双向快速扩展随机树算法对所述姿态插补后的喷涂轨迹在所述喷涂区域之间的过渡路径进行调整，生成作业路径。
根据本发明提供的一种异型工件喷涂方法，还包括：
识别用户需求，并根据所述用户需求，自定义喷涂工艺参数；
基于所述自定义喷涂工艺参数，调节所述作业路径，控制所述喷枪以所述调节后的作业路径进行喷涂作业。
根据本发明提供的一种异型工件喷涂方法，所述采集待喷涂异型工件喷涂表面的三维点云数据，包括：
通过三维工业相机扫描待喷涂异型工件，获取所述异型工件喷涂表面的三维点云数据。
根据本发明提供的一种异型工件喷涂方法，所述基于所述三维点云数据和喷枪参数，划分喷涂区域，包括：
通过所述三维点云数据识别所述喷涂表面的不同高度和对应的面积大小；
基于喷枪参数、所述喷涂表面的不同高度和对应的面积大小，划分所述喷涂表面为不同的喷涂区域。
根据本发明提供的一种异型工件喷涂方法，所述控制喷枪基于所述作业路径进行喷涂作业之前，还包括：
将所述作业路径的生成模块与工艺参数设置模块相融合，生成符合工艺要求的机器人可执行模块；
通过文件传输协议发送所述机器人可执行模块至目标机器人，所述目标机器人用于通过所述可执行模块控制所述喷枪进行作业。
本发明还提供一种异型工件喷涂装置，包括：
采集模块，用于采集待喷涂异型工件喷涂表面的三维点云数据；
划分模块，用于基于所述三维点云数据和喷枪参数，划分喷涂区域；
生成模块，用于基于所述喷涂区域，生成喷涂轨迹；
喷涂模块，用于对所述喷涂轨迹进行平滑处理，得到作业路径，控制喷枪基于所述作业路径进行喷涂作业。
本发明还提供一种机器人，所述机器人用于执行如上述任一项所述的异型工件喷涂方法。
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述异型工件喷涂方法。
本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述异型工件喷涂方法。
本发明提供的一种异型工件喷涂方法、装置、设备、存储介质及机器人，方法通过采集待喷涂异型工件喷涂表面的三维点云数据；基于三维点云数据和喷枪参数，划分喷涂区域；基于喷涂区域，生成喷涂轨迹；对喷涂轨迹进行平滑处理，得到作业路径，控制喷枪基于作业路径进行喷涂作业，通过准确的采集异型工件喷涂表面的三维点云数据，然后基于三维点云数据进行划分生成作业路径的方式，不会受到定位架定位精度的影响，且每次均是自动基于识别到的三维点云数据最终确定的作业路径，能够保证快速、准确地完成喷头作业，有效地提高喷涂作业效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的异型工件喷涂方法的流程示意图；
图2是本发明提供的异型工件喷涂装置的结构示意图；
图3是本发明提供的电子设备的结构示意图。
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，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合图1至图3描述本发明的一种异型工件喷涂方法、装置、设备、存储介质及机器人。
图1是本发明提供的异型工件喷涂方法的流程示意图。
如图1所示，本发明实施例提供的一种异型工件喷涂方法，执行主体可以是喷涂控制系统，方法主要包括以下步骤：
101、采集待喷涂异型工件喷涂表面的三维点云数据。
在一个具体的实现过程中，定义需要进行喷涂的异型工件为待喷涂异型工件，异型工件指的是形状不规则的工件。首先通过视觉系统采集待喷涂异型工件喷涂表面的三维点云数据。其中，三维点云数据的表示形式包括点表示形式、体素表示形式和图表示形式。
可以通过3D工业相机扫描待喷涂异型工件，进而通过视觉算法获取待喷涂异型工件喷涂表面的三维点云数据，可以是通过激光雷达扫描待喷涂异型工件喷涂表面，得到三维点云数据。三维点云数据包括三维坐标和强度的点表示形式的三维点云数据，包括数字数据在三维空间分割上的最小单位的体素表示形式的三维点云数据，包括适应点云不规则性并含有局部信息的图表示形式的三维点云数据。通过将采集得到的三维点云数据通过不同的表示形式进行展现，能够确保最终形成的轨迹更加合理，并且保证能够精确地识别得到待喷涂异型工件喷涂表面的三维点云数据，不会受到定位架的影响。
102、基于三维点云数据和喷枪参数，划分喷涂区域。
在精确地识别得到待喷涂异型工件喷涂表面的三维点云数据之后，便可以对喷涂表面进行区域划分。划分喷涂区域可以首先基于三维点云数据将喷涂表面划分为预设数量的规则喷涂表面，然后将每个规则的喷涂表面均匀划分为不同的喷涂区域。将将每个规则的喷涂表面均匀划分为不同的喷涂区域包括确定喷枪参数中的喷涂高度，和该喷涂高度下的喷涂面积，在确定喷涂高度和该高度下的喷涂面积之后，按照喷涂面积的大小，将喷涂表面划分为不同的喷涂区域。其中，为了保证喷涂效果，在划分喷涂区域时，可以选择相邻的喷涂区域之间存在交叉。
103、基于喷涂区域，生成喷涂轨迹。
划分得到喷涂区域之后，便会根据喷涂区域生成喷涂轨迹，以保证按照喷涂轨迹进行喷涂能够将所有的喷涂表面均进行喷涂。喷涂轨迹也就是喷枪进行喷涂作业时的行走路线。喷涂轨迹可以是将当前喷涂区域完成喷涂后，对相邻的另一喷涂区域进行喷涂，以此类推，直到最终确定所有的喷涂轨迹。
104、对喷涂轨迹进行平滑处理，得到作业路径，控制喷枪基于作业路径进行喷涂作业。
在得到喷涂轨迹之后，由于异型工件的喷涂表面多为不规则的情况，因此，为了保证喷涂效率，避免来回调整喷枪的高度等参数，需要对喷涂轨迹进行平滑处理，确保喷枪不会发生忽高忽低的位置调整，使得喷枪能够平均的进行喷涂作业。因此，得到更加合理的作业路径，也能够更好地控制喷枪进行喷涂作业。从而最终得到的作业路径，既能够保证快速地完成对将待喷涂异型工件喷涂表面的喷涂作业，还能够保证喷涂效果。
本实施例提供的一种异型工件喷涂方法，通过采集待喷涂异型工件喷涂表面的三维点云数据；基于三维点云数据和喷枪参数，划分喷涂区域；基于喷涂区域，生成喷涂轨迹；对喷涂轨迹进行平滑处理，得到作业路径，控制喷枪基于作业路径进行喷涂作业，通过准确的采集异型工件喷涂表面的三维点云数据，然后基于三维点云数据进行划分生成作业路径的方式，不会受到定位架定位精度的影响，且每次均是自动基于识别到的三维点云数据最终确定的作业路径，能够保证快速、准确地完成喷头作业，有效地提高喷涂作业效率。
进一步的，在上述实施例的基础上，本实施例中对喷涂轨迹进行平滑处理，得到作业路径，包括：采用样条曲线对喷涂轨迹进行位置插补；利用单位四元数多姿态差值对位置插补后的喷涂轨迹进行姿态插补；通过双向快速扩展随机树算法对姿态插补后的喷涂轨迹在喷涂区域之间的过渡路径进行调整，生成作业路径。
具体的，通过样条曲线对喷涂轨迹进行位置插补，具体指的是使多个轴同步的同时绘制指定轨迹，移动至目标位置的位置控制，可绘制直线及圆弧等轨迹。位置插补包括直线插补和圆弧插补，直线插补的轨迹为直线，圆弧插补根据两端点间的插补数字信息，计算出逼近实际圆弧的点集。从而通过位置插补实现对喷涂轨迹的优化，保证曲线的平滑。
单位四元数对姿态的描述具有独特的优势，其避免了欧拉法大角度旋转时奇异性的问题，以及计算效率比旋转矩阵方法高，同时其简单的数学表达方式可以被用来规划出高阶连续姿态运动以及在多姿态间插值，以保证高效快速地完成姿态插补。单位四元数在表达姿态时具有运算量小、便于插值等优势，而且单位四元数插补得到的中间姿态要比欧拉角法表示刚体旋转更为自然，同样的姿态变换下，欧拉角的姿态变化幅度大，因此通过姿态插补更好地控制机器人的运行姿态。
经过位置插补和姿态插补之后，再采用改进的双向快速扩展随机树算法实现各个喷涂区域之间过渡路径的规划，保证各个喷涂区域之间的路径连接更加顺畅，最终自动生成的目标路径可达并且无碰撞。
进一步的，在上述实施例的基础上，本实施例中还包括：识别用户需求，并根据用户需求，自定义喷涂工艺参数；基于自定义喷涂工艺参数，调节作业路径，控制喷枪以调节后的作业路径进行喷涂作业。
具体的，在进行作业路径规划时，还包括识别用户需求，用户需求包括喷涂厚度等等，基于用户需求，自定义喷涂工艺参数，喷涂工艺参数包括根据喷涂厚度等确定的喷涂速度、喷涂时长和喷涂高度等等，然后再对作业路径进行调整，保证既能够完成喷涂作业，还能够满足用户需求，使得最终的喷涂结果更加合理。
进一步的，在上述实施例的基础上，本实施例中的基于三维点云数据和喷枪参数，划分喷涂区域，包括：通过三维点云数据识别喷涂表面的不同高度和对应的面积大小；基于喷枪参数、喷涂表面的不同高度和对应的面积大小，划分喷涂表面为不同的喷涂区域。
具体的，通过三维点云数据可以精准的识别得出待喷涂异型工件的喷涂表面，然后确定出具体的喷涂表面不同高度和对应的面积大小，针对不同的高度，需要调节不同的喷枪高度，以保证喷涂作业的顺利进行，并且喷枪在不同高度喷涂时的喷涂面积不同，因此结合喷涂高度和喷涂表面的面积大小，对喷涂表面进行合理的划分，保证每个喷涂区域均能够高效地被喷涂。通过将不规则形状的喷涂表面划分为多个规则形状的喷涂区域，能够实现对每个区域的精准和均匀喷涂，避免由于喷涂高度相同导致不同高度的喷涂表面发生喷涂厚度不均匀的问题。
进一步的，在上述实施例的基础上，本实施例中的控制喷枪基于作业路径进行喷涂作业之前，还包括：将作业路径的生成模块与工艺参数设置模块相融合，生成符合工艺要求的机器人可执行模块；通过文件传输协议发送机器人可执行模块至目标机器人，目标机器人用于通过所述可执行模块控制喷枪进行作业。
具体的，在确定出作业路径之后，将自动生成喷涂作业路径对应的作业路径生成模块与可输入用户调节参数的工艺参数设置模块相融合，生成符合工艺要求的机器人可执行模块，即通过该可执行模块既能够实现自动生成作业路径，还能够获取用户的实际需求，因此，便可以将该机器人可执行模块通过文件传输协议发送至目标机器人，目标机器人便可以结合自动生成的作业路径与用户需求，控制喷枪进行喷涂作业。
本发明采用了高精度的智能3D相机对异型工件进行点云获取，能准确得到喷涂表面的三维点云数据。并能够根据三维点云数据自动划分喷涂区域，生成表面喷涂轨迹，实现高效率规划喷涂路径，实现高准确性、高精度的喷涂。并且还能够结合工艺规划模块，可根据用户需要自定义喷涂工艺参数，智能生成符合工艺要求的喷涂工艺，能够满足批量定制化高效生产。
基于同一总的发明构思，本发明还保护一种异型工件喷涂装置，下面对本发明提供的异型工件喷涂装置进行描述，下文描述的异型工件喷涂装置与上文描述的异型工件喷涂方法可相互对应参照。
图2是本发明提供的异型工件喷涂装置的结构示意图。
如图2所示，本发明实施例提供的一种异型工件喷涂装置，包括：
采集模块201，用于采集待喷涂异型工件喷涂表面的三维点云数据；
划分模块202，用于基于三维点云数据和喷枪参数，划分喷涂区域；
生成模块203，用于基于喷涂区域，生成喷涂轨迹；
喷涂模块204，用于对喷涂轨迹进行平滑处理，得到作业路径，控制喷枪基于作业路径进行喷涂作业。
本实施例提供的一种异型工件喷涂装置，通过采集待喷涂异型工件喷涂表面的三维点云数据；基于三维点云数据和喷枪参数，划分喷涂区域；基于喷涂区域，生成喷涂轨迹；对喷涂轨迹进行平滑处理，得到作业路径，控制喷枪基于作业路径进行喷涂作业，通过准确的采集异型工件喷涂表面的三维点云数据，然后基于三维点云数据进行划分生成作业路径的方式，不会受到定位架定位精度的影响，且每次均是自动基于识别到的三维点云数据最终确定的作业路径，能够保证快速、准确地完成喷头作业，有效地提高喷涂作业效率。
进一步的，本实施例中的喷涂模块204，具体用于：
采用样条曲线对所述喷涂轨迹进行位置插补；
利用单位四元数多姿态差值对所述位置插补后的喷涂轨迹进行姿态插补；
通过双向快速扩展随机树算法对所述姿态插补后的喷涂轨迹在所述喷涂区域之间的过渡路径进行调整，生成作业路径。
进一步的，本实施例中还包括自定义模块，用于：
识别用户需求，并根据所述用户需求，自定义喷涂工艺参数；
基于所述自定义喷涂工艺参数，调节所述作业路径，控制所述喷枪以所述调节后的作业路径进行喷涂作业。
进一步的，本实施例中的采集模块201，具体用于：
通过三维工业相机扫描待喷涂异型工件，获取所述异型工件喷涂表面的三维点云数据。
进一步的，本实施例中的划分模块202，具体用于：
通过所述三维点云数据识别所述喷涂表面的不同高度和对应的面积大小；
基于喷枪参数、所述喷涂表面的不同高度和对应的面积大小，划分所述喷涂表面为对应的喷涂区域。
进一步的，本实施例中的喷涂模块204，具体用于：
将所述作业路径的生成模块与工艺参数设置模块相融合，生成符合工艺要求的机器人可执行模块；
通过文件传输协议发送所述机器人可执行模块至目标机器人，所述目标机器人用于控制所述喷枪进行作业。
基于同一总的发明构思，本发明还保护一种机器人，机器人用于执行如上述任一实施例的异型工件喷涂方法。
图3示例了一种电子设备的实体结构示意图。
如图3所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)310、通信接口(Communications Interface)320、存储器(memory)330和通信总线340，其中，处理器310，通信接口320，存储器330通过通信总线340完成相互间的通信。处理器310可以调用存储器330中的逻辑指令，以执行异型工件喷涂方法，该方法包括：采集待喷涂异型工件喷涂表面的三维点云数据；基于所述三维点云数据和喷枪参数，划分喷涂区域；基于所述喷涂区域，生成喷涂轨迹；对所述喷涂轨迹进行平滑处理，得到作业路径，控制喷枪基于所述作业路径进行喷涂作业。
此外，上述的存储器330中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的异型工件喷涂方法，该方法包括：采集待喷涂异型工件喷涂表面的三维点云数据；基于所述三维点云数据和喷枪参数，划分喷涂区域；基于所述喷涂区域，生成喷涂轨迹；对所述喷涂轨迹进行平滑处理，得到作业路径，控制喷枪基于所述作业路径进行喷涂作业。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各提供的异型工件喷涂方法，该方法包括：采集待喷涂异型工件喷涂表面的三维点云数据；基于所述三维点云数据和喷枪参数，划分喷涂区域；基于所述喷涂区域，生成喷涂轨迹；对所述喷涂轨迹进行平滑处理，得到作业路径，控制喷枪基于所述作业路径进行喷涂作业。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种异型工件喷涂方法，其特征在于，包括：
采集待喷涂异型工件喷涂表面的三维点云数据；
基于所述三维点云数据和喷枪参数，划分喷涂区域；
基于所述喷涂区域，生成喷涂轨迹；
对所述喷涂轨迹进行平滑处理，得到作业路径，控制喷枪基于所述作业路径进行喷涂作业。
2.根据权利要求1所述的异型工件喷涂方法，其特征在于，所述对所述喷涂轨迹进行平滑处理，得到作业路径，包括：
采用样条曲线对所述喷涂轨迹进行位置插补；
利用单位四元数多姿态差值对所述位置插补后的喷涂轨迹进行姿态插补；
通过双向快速扩展随机树算法对所述姿态插补后的喷涂轨迹在所述喷涂区域之间的过渡路径进行调整，生成作业路径。
3.根据权利要求1所述的异型工件喷涂方法，其特征在于，还包括：
识别用户需求，并根据所述用户需求，自定义喷涂工艺参数；
基于所述自定义喷涂工艺参数，调节所述作业路径，控制所述喷枪以所述调节后的作业路径进行喷涂作业。
4.根据权利要求1所述的异型工件喷涂方法，其特征在于，所述采集待喷涂异型工件喷涂表面的三维点云数据，包括：
通过三维工业相机扫描待喷涂异型工件，获取所述异型工件喷涂表面的三维点云数据。
5.根据权利要求1所述的异型工件喷涂方法，其特征在于，所述基于所述三维点云数据和喷枪参数，划分喷涂区域，包括：
通过所述三维点云数据识别所述喷涂表面的不同高度和对应的面积大小；
基于喷枪参数、所述喷涂表面的不同高度和对应的面积大小，划分所述喷涂表面为不同的喷涂区域。
6.根据权利要求1-5任一项所述的异型工件喷涂方法，其特征在于，所述控制喷枪基于所述作业路径进行喷涂作业之前，还包括：
将所述作业路径的生成模块与工艺参数设置模块相融合，生成符合工艺要求的机器人可执行模块；
通过文件传输协议发送所述机器人可执行模块至目标机器人，所述目标机器人用于通过所述可执行模块控制所述喷枪进行作业。
7.一种异型工件喷涂装置，其特征在于，包括：
采集模块，用于采集待喷涂异型工件喷涂表面的三维点云数据；
划分模块，用于基于所述三维点云数据和喷枪参数，划分喷涂区域；
生成模块，用于基于所述喷涂区域，生成喷涂轨迹；
喷涂模块，用于对所述喷涂轨迹进行平滑处理，得到作业路径，控制喷枪基于所述作业路径进行喷涂作业。
8.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至6任一项所述异型工件喷涂方法。
9.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述异型工件喷涂方法。
10.一种机器人，其特征在于，所述机器人用于执行如权利要求1-6任一项所述的异型工件喷涂方法。
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