CN117123891B - 一种基于机械臂智能控制的零部件增减材修复方法及装置 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种基于机械臂智能控制的零部件增减材修复方法及装置，涉及零件修复技术领域，该方法包括：得到目标实际特征参数；得到目标设计特征参数；提取第一部件面的第一实际特征参数，并从所述目标设计特征参数中遍历所述第一部件面的第一设计特征参数；根据所述第一实际特征参数与所述第一设计特征参数的第一对比数据，得到第一修复指令；所述方舱中的机器人基于所述第一修复指令控制其机械手对所述零部件进行修复，解决了现有技术中存在对于零部件修复的材料局限较大，适用性不足，且对于增减材作业的作业轨迹分析不准确的技术问题，提升增减材修复的适用性，同时提升修复精度和准确度的技术效果。

Description

一种基于机械臂智能控制的零部件增减材修复方法及装置

技术领域

本发明公开涉及零件修复技术领域，具体涉及一种基于机械臂智能控制的零部件增减材修复方法及装置。

背景技术

随着科技的快速发展，增减材复合技术在智能制造中应用广泛，将增材作业和减材作业集成到一台设备上，可实现增减材的复合，提高加工效率，但是，大多增减材复合设备是通过激光焊接方式进行增材修复，其对于零部件的材料局限较大，适用性不足，且对于增减材作业的作业轨迹分析不准确。

综上，现有技术中存在对于零部件修复的材料局限较大，适用性不足，且对于增减材作业的作业轨迹分析不准确的技术问题。

发明内容

本公开提供了一种基于机械臂智能控制的零部件增减材修复方法及装置，用以解决现有技术中存在对于零部件修复的材料局限较大，适用性不足，且对于增减材作业的作业轨迹分析不准确的技术问题。

根据本公开的第一方面，提供了一种基于机械臂智能控制的零部件增减材修复方法，包括：对所述方舱中的工作平台上的零部件进行多维度特征采集，得到目标实际特征参数；将所述零部件在预设零部件数据库中遍历得到目标设计特征参数，所述预设零部件数据库为多种预设零部件及其设计特征参数的映射数据集合；从所述目标实际特征参数中提取第一部件面的第一实际特征参数，并从所述目标设计特征参数中遍历所述第一部件面的第一设计特征参数；根据所述第一实际特征参数与所述第一设计特征参数的第一对比数据，得到第一修复指令；所述方舱中的机器人基于所述第一修复指令控制其机械手对所述零部件进行修复，所述机械手位于所述机器人的机械臂的末端。

根据本公开的第二方面，提供了一种基于机械臂智能控制的零部件增减材修复系统，包括：实际特征参数采集模块，所述实际特征参数采集模块用于对方舱中的工作平台上的零部件进行多维度特征采集，得到目标实际特征参数；设计特征参数获取模块，所述设计特征参数获取模块用于将所述零部件在预设零部件数据库中遍历得到目标设计特征参数，所述预设零部件数据库为多种预设零部件及其设计特征参数的映射数据集合；特征参数提取模块，所述特征参数提取模块用于从所述目标实际特征参数中提取第一部件面的第一实际特征参数，并从所述目标设计特征参数中遍历所述第一部件面的第一设计特征参数；修复指令获取模块，所述修复指令获取模块用于根据所述第一实际特征参数与所述第一设计特征参数的第一对比数据，得到第一修复指令；控制修复模块，所述控制修复模块用于所述方舱中的机器人基于所述第一修复指令控制其机械手对所述零部件进行修复，所述机械手位于所述机器人的机械臂的末端。

根据本公开采用的一个或多个技术方案达到的有益效果如下：

1.对方舱中的工作平台上的零部件进行多维度特征采集，得到目标实际特征参数，将零部件在预设零部件数据库中遍历得到目标设计特征参数，预设零部件数据库为多种预设零部件及其设计特征参数的映射数据集合，从目标实际特征参数中提取第一部件面的第一实际特征参数，并从目标设计特征参数中遍历第一部件面的第一设计特征参数，根据第一实际特征参数与第一设计特征参数的第一对比数据，得到第一修复指令，方舱中的机器人基于第一修复指令控制其机械手对零部件进行修复，机械手位于机器人的机械臂的末端，由此通过对零部件的材料进行分析，从而实现对金属材料制件和非金属材料制件的增减材修复，达到消除增减材修复对零部件材料的局限性，提升增减材修复的适用性，同时提升修复精度和准确度的技术效果。

2.根据从第一实际特征参数中获取的第一部件面的部件面形状尺寸信息构建第一部件面的第一数字模型，对第一数字模型进行网格划分得到第一网格划分结果，且网格划分时以焊接口直径为网格单位长，以第一网格划分结果中的中心网格作为焊接起点，以过且仅过一次为约束得到第一焊接路径，第一焊接路径为对第一网格划分结果中各个网格进行焊接行进设计得到的路径，实现对第一焊接路径的规划，保证对第一部表面的焊接准确性，防止出现漏焊区域，达到提升增材修复准确性的技术效果。

3.获取焊接作业头的焊接头长度，以焊接头长度的中心为圆心、以预瞄距离为半径得到动态监测圆，将动态监测圆与第一焊接路径的交点作为预瞄点，获取焊接作业头的实时运动方向，并将实际运动方向与预瞄点的夹角作为实时偏差角，根据焊接头长度、预瞄距离和实时偏差角计算得到焊接作业头的实时转角，基于实时转角得到焊接作业头的纯跟踪路径，根据纯跟踪路径与第一焊接路径的实时对比数据进行焊接动态调整，由此实现对实际焊接轨迹的偏差分析，达到提升焊接精度和准确性，保证增材修复效果的技术效果。

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。构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种基于机械臂智能控制的零部件增减材修复方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种基于机械臂智能控制的零部件增减材修复系统的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种基于机械臂智能控制的零部件增减材修复装置的结构示意图。

附图标记说明：实际特征参数采集模块11，设计特征参数获取模块12，特征参数提取模块13，修复指令获取模块14，控制修复模块15，方舱1，工作平台2，机器人3，机械臂31、机械手32，预设作业头33，焊接作业头331、FDM打印头332，减材作业头333，作业刀具放置架4，机器人控制柜5，增材电弧焊机51、焊接送丝机52，水冷机系统53。

具体实施方式

为了使得本发明的目的、技术方案和优点更为明显，下面将参照附图详细描述本发明的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是本发明的全部实施例，应理解，本发明不受这里描述的示例实施例的限制。

说明书中使用的术语用于描述实施例，而不是限制本发明。如在说明书中所使用的，单数术语“一”“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有清楚指示。当在说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定了步骤、操作、元件和/或组件的存在，但是不排除一个或多个其他步骤、操作、元件、组件和/或其组的存在或添加。

除非另有定义，本说明书中使用的所有术语(包括技术和科学术语)应具有与本发明所属领域的技术人员通常理解的相同含义。术语，如常用词典中定义的术语，不应以理想化或过于正式的意义来解释，除非在此明确定义。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的元件。

需要说明的是，本发明所涉及的用户信息(包括但不限于用户设备信息、用户个人信息等)和数据(包括但不限于用于展示的数据、分析的数据等)，均为经用户授权或者经过各方充分授权的信息和数据。

实施例一：

图1为本申请实施例提供的一种基于机械臂智能控制的零部件增减材修复方法图，所述方法应用于一种基于机械臂智能控制的零部件增减材修复系统，所述系统与一种基于机械臂智能控制的零部件增减材修复装置通信连接，所述装置为一方舱，所述方法包括：

对所述方舱中的工作平台上的零部件进行多维度特征采集，得到目标实际特征参数；

在一个优选实施例中，还包括：

通过所述工件尺寸检测器得到所述零部件的结构尺寸信息；通过所述金属探测仪得到所述零部件的材料信息，所述材料信息是指所述零部件是否属于金属材料制件的探测判断信息；所述结构尺寸信息与所述材料信息组成所述目标实际特征参数。

本申请实施例提供了一种基于机械臂智能控制的零部件增减材修复方法，所述方法应用于一种基于机械臂智能控制的零部件增减材修复系统，所述系统是用于执行一种基于机械臂智能控制的零部件增减材修复方法的系统平台，所述系统与一种基于机械臂智能控制的零部件增减材修复装置通信连接，所述装置是用于进行零部件增减材修复的实体设备，所述装置为一方舱，所述方舱中包括用于进行零部件增减材修复的机械设备。

在需要进行零部件的增减材修复时，将待修复的零部件放置于所述方舱中的工作平台上，对所述方舱中的工作平台上的零部件进行多维度特征采集，得到目标实际特征参数，所述目标实际特征参数包括零部件的结构尺寸信息和材料信息，对零部件进行多维度特征采集的过程如下：

所述工作平台上安装有工件尺寸检测器和金属探测仪，工件尺寸检测器是可以自动对零部件进行尺寸检测的全自动尺寸测量仪器，其原理是利用光学、电子、机械等技术，通过采集物体的图像或信号，经过图像处理或信号处理，计算出物体的尺寸参数，如长度、宽度、高度、直径、角度等作为所述零部件的结构尺寸信息，本申请对工件尺寸检测器的型号不做限制，本领域技术人员可结合实际情况选择现有的全自动尺寸测量仪器作为工件尺寸检测器，从而通过工件尺寸检测器对方舱中的工作平台上的零部件直接进行零部件长、宽、高、直径、曲面角度等的尺寸测量，测量结果即为结构尺寸信息。

通过所述金属探测仪得到所述零部件的材料信息，所述材料信息是指所述零部件是否属于金属材料制件的探测判断信息，金属探测仪是利用电磁感应探测是否存在金属的设备，本实施例对金属探测仪的型号不做限定，本领域技术人员可根据实际情况自行选择，金属探测仪在探测到金属后会发出报警信号，用于说明所述零部件为金属制品，如果金属探测仪发出报警信号，生成零部件属于金属材料制件的探测判断信息作为所述材料信息，反之，则生成零部件不属于金属材料制件的探测判断信息作为所述材料信息。所述结构尺寸信息与所述材料信息组成所述目标实际特征参数。由此实现对零部件的结构尺寸和材料的识别，为后续的增减材修复提供基础。

将所述零部件在预设零部件数据库中遍历得到目标设计特征参数，所述预设零部件数据库为多种预设零部件及其设计特征参数的映射数据集合；

预设零部件数据库由本领域技术人员结合实际情况自行构建，具体来说，可结合实际应用场景，确定可能需要进行增减材修复的预设零部件的设计特征参数组建所述预设零部件数据库，示例性的，假设本申请提供的方法用于一工厂，就获取该工厂内运行的所有类型的零部件作为预设零部件，并获取所有零部件的符合合格标准的设计特征参数（零部件合格时的结构尺寸），以此组建预设零部件数据库，所述预设零部件数据库为多种预设零部件及其设计特征参数的映射数据集合，通俗地讲，所述预设零部件数据库包含多组具有对应关系的零部件和零部件的设计特征参数。进而根据所述工作平台上放置的所述零部件，在所述预设零部件数据库中进行遍历筛选，得到所述零部件对应的设计特征参数作为所述目标设计特征参数。

从所述目标实际特征参数中提取第一部件面的第一实际特征参数，并从所述目标设计特征参数中遍历所述第一部件面的第一设计特征参数；

所述零部件可能是规则或者不规则的立体结构，因此，其具有多个表面，比如正面、侧面等，目标实际特征参数自然也包含多个不同表面的尺寸参数，目标设计特征参数也包含多个不同表面的设计特征参数，第一部件面即为多个不同表面中的任意一个表面，从目标实际特征参数提取第一部件面的尺寸参数作为第一实际特征参数，同时从目标设计特征参数中遍历所述第一部件面的设计特征参数作为第一设计特征参数。

根据所述第一实际特征参数与所述第一设计特征参数的第一对比数据，得到第一修复指令；

对所述第一实际特征参数与所述第一设计特征参数进行对比后作差，获得两者的差值，比如长度差值、高度差值等，以此作为第一对比数据，第一对比数据具有正负标识，如果第一对比数据为正值，说明所述第一实际特征参数大于所述第一设计特征参数，此时需要进行减材修复，第一修复指令为第一减材修复指令；如果第一对比数据为负值，说明所述第一实际特征参数小于所述第一设计特征参数，此时需要进行增材修复，第一修复指令为第一增材修复指令，由此得到第一修复指令。

所述方舱中的机器人基于所述第一修复指令控制其机械手对所述零部件进行修复，所述机械手位于所述机器人的机械臂的末端。

在一个优选实施例中，还包括：

根据所述第一对比数据，若所述第一实际特征参数小于所述第一设计特征参数，则将所述第一修复指令定为第一增材修复指令；根据所述第一增材修复指令提取所述目标实际特征参数中的所述材料信息；根据所述材料信息，若所述零部件属于金属材料制件，则将焊接作业头安装至所述机械手，所述焊接作业头用于对所述零部件进行增材修复。

所述方舱中的机器人根据第一对比数据控制其机械手对所述零部件进行增材或者减材修复，使得所述零部件可以恢复至所述第一设计特征参数的状态，所述机械手位于所述机器人的机械臂的末端，通过控制机械臂使得机械手进行增材或者减材修复，具体过程如下：

根据所述第一对比数据，若所述第一实际特征参数小于所述第一设计特征参数，则将所述第一修复指令定为第一增材修复指令，根据所述第一增材修复指令提取所述目标实际特征参数中的所述材料信息。就是说，零部件可能属于金属材料制件，也可能属于非金属材料制件，金属材料制件可以通过焊接进行修复，非金属材料制件无法通过焊接进行修复，需要通过其他方式进行修复。基于此，根据所述材料信息，判断所述零部件是否属于金属材料制件，若所述零部件属于金属材料制件，则将焊接作业头安装至所述机械手，所述焊接作业头用于对所述零部件进行增材修复，所述焊接作业头用于进行焊接操作，通过控制机械臂的运动轨迹使得机械手上的焊接作业头对所述零部件执行修复操作，由此实现对金属零部件的增材修复。

由此实现对金属材料制件、非金属材料制件的增减材修复，达到消除零部件修复的局限性，提升增减材修复的适用性的技术效果。

在一个优选实施例中，还包括：

分析所述第一对比数据得到第一对比绝对值；根据所述第一对比绝对值与所述焊接作业头的焊接口直径计算得到焊接层数；基于所述焊接口直径，结合分析所述第一部件面的部件面形状尺寸信息，生成第一焊接路径，所述第一焊接路径为所述焊接作业头的焊接作业路径；基于所述焊接层数和所述第一焊接路径得到所述机械手的第一运动轨迹；在基于所述第一运动轨迹对所述机械手进行增材运动控制时，同时启动所述方舱中的增材电弧焊机和焊接送丝机；其中，所述增材电弧焊机用于为所述焊接作业头提供增材材料，所述焊接送丝机用于为所述焊接作业头提供增材焊接丝。

在所述将焊接作业头安装至所述机械手之后，需要通过控制机械手的运动轨迹来实现零部件的增材修复，具体增材修复过程如下：

分析所述第一对比数据得到第一对比绝对值，第一对比绝对值即为所述第一部件面的第一实际特征参数与第一设计特征参数之间的差值的绝对值，比如实际高度与设计高度的差值绝对值。进一步根据所述第一对比绝对值与所述焊接作业头的焊接口直径计算得到焊接层数，焊接口直径表征所述焊接作业头单次可以焊接的尺寸，利用第一对比绝对值除以所述焊接作业头的焊接口直径，所得计算结果即为焊接层数，简单来说，就是在焊接完一层以后，需要抬高所述焊接作业头进行下一层的焊接，每一次抬高的高度即焊接的厚度与所述焊接作业头的焊接口直径大小相同，因此可用第一对比绝对值除以所述焊接作业头的焊接口直径，所得结果即为焊接层数。

进一步基于所述焊接口直径，结合分析所述第一部件面的部件面形状尺寸信息，简单来说，部件面形状尺寸信息包括第一部件面的形状及尺寸，通过所述焊接作业头在所述第一部件面上进行焊接操作，需要保证焊接作业头可以均匀对第一部件面的所有区域完成焊接，因此，需要根据所述焊接口直径确定单次焊接区域大小，然后根据单次焊接区域大小和部件面形状尺寸信息，对第一部件面进行焊接路径分析，比如可以是“弓”字形路径，或者由第一部件面的最外圈向中心点旋转等方式进行焊接，保证可以焊接到所述第一部件面的全部区域，由此生成第一焊接路径，所述第一焊接路径为所述焊接作业头的焊接作业路径。

基于所述焊接层数和所述第一焊接路径得到所述机械手的第一运动轨迹，通俗地讲，对零部件进行增材修复时，需要按照焊接层数完成多层的焊接，所述机械手首先按照所述第一焊接路径进行第一层的焊接，在第一层焊接完成后，焊接作业头需抬高预先设定距离，预先设定距离与所述焊接口直径相同，然后所述机械手按照所述第一焊接路径再次进行第二层焊接，以此类推，直到达到所述焊接层数，将每一层的焊接路径以及抬高的路径顺序连接起来，所得结果即为所述机械手的第一运动轨迹。

基于所述第一运动轨迹对所述机械手进行增材运动控制，同时启动所述方舱中的增材电弧焊机和焊接送丝机，其中，所述增材电弧焊机用于为所述焊接作业头提供增材材料，所述焊接送丝机用于为所述焊接作业头提供增材焊接丝。简单来说，将焊接作业头固定在机器人的机械手上，由机器人控制柜控制机器人的机械手按照第一运动轨迹进行运动，开始焊接，同时启动所述方舱中的增材电弧焊机为所述焊接作业头自动提供增材材料，启动所述方舱中的焊接送丝机自动送焊丝。由此实现零部件的增材修复，提升增材修复的修复效果。

在一个优选实施例中，还包括：

根据从所述第一实际特征参数中获取的所述第一部件面的部件面形状尺寸信息构建所述第一部件面的第一数字模型；对所述第一数字模型进行网格划分得到第一网格划分结果，且网格划分时以所述焊接口直径为网格单位长；以所述第一网格划分结果中的中心网格作为焊接起点，以过且仅过一次为约束得到所述第一焊接路径，所述第一焊接路径为对所述第一网格划分结果中各个网格进行焊接行进设计得到的路径。

基于所述焊接口直径，结合分析所述第一部件面的部件面形状尺寸信息，生成第一焊接路径的具体过程如下：根据从所述第一实际特征参数中获取的所述第一部件面的部件面形状尺寸信息构建所述第一部件面的第一数字模型，所述第一数字模型是部件面的三维虚拟模型，可通过现有的三维建模软件根据所述第一部件面的部件面形状尺寸信息构建。进一步对所述第一数字模型进行网格划分得到第一网格划分结果，且网格划分时以所述焊接口直径为网格单位长，简单来说，就是将所述第一数字模型划分为多个相连的正方形网格，每个网格的尺寸与焊接口直径相同。以所述第一网格划分结果中的中心网格作为焊接起点，以过且仅过一次为约束得到所述第一焊接路径，所述第一焊接路径为对所述第一网格划分结果中各个网格进行焊接行进设计得到的路径，焊接行进设计可自行设计，比如以“弓”字形作为行进方向，通俗地讲，所述焊接作业头经过第一网格划分结果中所有网格一次，且仅经过一次，需要说明的是，焊接起点可以不是所述第一网格划分结果中的中心网格，也可以是边缘处的网格，对此不做限制。由此实现对第一焊接路径的规划，保证对第一部表面的焊接准确性，防止出现漏焊区域，达到提升增材修复准确性的技术效果。

在一个优选实施例中，还包括：

获取所述焊接作业头的焊接头长度；以所述焊接头长度的中心为圆心、以预瞄距离为半径得到动态监测圆；将所述动态监测圆与所述第一焊接路径的交点作为预瞄点；获取所述焊接作业头的实际运动方向，并将所述实际运动方向与所述预瞄点的夹角作为实时偏差角；根据所述焊接头长度、所述预瞄距离和所述实时偏差角计算得到所述焊接作业头的实时转角；基于所述实时转角得到所述焊接作业头的纯跟踪路径；根据所述纯跟踪路径与所述第一焊接路径的实时对比数据进行焊接动态调整。

获取所述焊接作业头的焊接头长度，以所述焊接头长度的中心为圆心、以预瞄距离为半径得到动态监测圆，预瞄距离是指期望所述焊接作业头的移动距离，可根据所述第一焊接路径获取，可在所述第一焊接路径上设置多个节点，分多次获取预瞄距离，预瞄距离即为所述焊接作业头至所述第一焊接路径上的第一节点的距离，以所述焊接头长度的中心为圆心、以预瞄距离为半径进行圆形的绘制得到动态监测圆。将所述动态监测圆与所述第一焊接路径的交点作为预瞄点，同时实时采集所述焊接作业头的实际运动方向，并将所述实际运动方向与所述预瞄点的夹角作为实时偏差角，根据所述焊接头长度、所述预瞄距离和所述实时偏差角计算得到所述焊接作业头的实时转角，计算公式如下：

；

其中，为实时转角，L是焊接头长度，/>是预瞄距离，/>是实时偏差角。采用此方法，可在所述第一焊接路径上设置多个节点，分多次进行实际转角的获取，多个实际转角组成所述焊接作业头的纯跟踪路径。

进一步对所述纯跟踪路径与所述第一焊接路径进行对比，获得两者的差异作为实时对比数据，根据实时对比数据进行焊接动态调整。通俗地讲，理想情况下，所述纯跟踪路径与所述第一焊接路径相同，但是实际焊接过程存在误差，因此对所述纯跟踪路径与所述第一焊接路径进行比较，获得所述纯跟踪路径相对于所述第一焊接路径偏差值作为实时对比数据，实时对比数据包括所述焊接作业头的焊接方向偏差和移动距离偏差，根据所述实时对比数据对所述焊接作业头进行焊接轨迹的动态调整，使得实际焊接轨迹向第一焊接路径靠近，达到提升焊接精度和准确性，保证增材修复效果的技术效果。

在一个优选实施例中，还包括：

根据所述第一对比数据，若所述第一实际特征参数大于所述第一设计特征参数，则将所述第一修复指令定为第一减材修复指令；根据所述第一减材修复指令，将减材作业头安装至所述机械手，所述减材作业头用于对所述零部件进行减材修复。

根据所述第一对比数据，若所述第一实际特征参数大于所述第一设计特征参数，则将所述第一修复指令定为第一减材修复指令，根据所述第一减材修复指令，将减材作业头安装至所述机械手，所述减材作业头用于对所述零部件进行减材修复，所述减材作业头通过对所述零部件进行切削实现减材修复，因此减材作业头可以认为是一个切削刀片。在进行减材修复时，不需要对所述零部件的材料进行判断，因为无论是金属材料制件，还是非金属材料制件，都是将多余的地方进行切削，只要确定进行减材修复时机械手的运动轨迹，即可进行减材操作，由此实现对零部件的减材修复。

在零部件的减材修复过程中，也需要获取所述减材作业头的第一切削轨迹，与增材不同的是，减材只需通过所述减材作业头对第一部件面进行一层的切削，不需要重复进行多层切削，获取第一切削轨迹的方法与获取第一焊接路径的方法相同，具体过程如下，也需要构建所述第一部件面的第一数字模型，然后对所述第一数字模型进行网格划分得到第二网格划分结果，网格划分时以所述减材作业头上面的切削刀片的尺寸作为网格单位长，得到多个网格组成的第二网格划分结果，然后以所述第二网格划分结果中的最边缘网格作为切削起点，因为进行零部件切削时，是无法从零部件的中间区域开始切削的，然后以过且仅过一次为约束得到所述第一切削轨迹，所述第一切削轨迹为对所述第二网格划分结果中各个网格进行切削行进设计得到的路径。然后根据第一对比数据，确定切削高度，控制所述减材作业头移动至切削起点后，以切削高度作为下移距离，使得所述减材作业头向下移动，然后所述减材作业头按照第一切削轨迹进行零部件的减材修复。同时可获取所述减材作业头的纯跟踪路径，进行减材的动态调整。

在一个优选实施例中，还包括：

根据所述材料信息，若所述零部件不属于金属材料制件，则将FDM打印头安装至所述机械手，所述FDM打印头用于对所述零部件进行增材修复。

根据所述材料信息，若所述零部件不属于金属材料制件，即非金属材料制件，比如聚碳酸酯、尼龙等制成的零部件，此时将FDM打印头安装至所述机械手，所述FDM打印头用于对所述零部件进行增材修复。FDM打印头就是3D打印头，FDM打印头运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，根据所述第一对比数据，通过逐层打印的方式来修复所述零部件。由此实现对非金属材料制件的增材修复。

在通过FDM打印头进行非金属材料制件的增材修复时，也需要获取FDM打印头的第一打印轨迹，其获取方法与获取第一运动轨迹的方法相同，具体如下：同样分析所述第一对比数据得到第一对比绝对值，根据所述第一对比绝对值与所述FDM打印头的打印头直径计算得到打印层数。基于所述打印头直径，结合分析所述第一部件面的部件面形状尺寸信息，生成第一打印路径，所述第一打印路径为所述FDM打印头的打印作业路径，具体来说，根据从所述第一实际特征参数中获取的所述第一部件面的部件面形状尺寸信息构建所述第一部件面的第一数字模型，对所述第一数字模型进行网格划分得到第三网格划分结果，且网格划分时以所述打印头直径为网格单位长，以所述第三网格划分结果中的中心网格作为打印起点，以过且仅过一次为约束得到所述第一打印路径，所述第一打印路径为对所述第三网格划分结果中各个网格进行打印行进设计得到的路径。最后基于所述打印层数和所述第一打印路径得到所述机械手的第一打印轨迹，具体来说，通过所述FDM打印头对零部件进行增材修复时，需要按照打印层数完成多层的3D打印，所述机械手首先按照所述第一打印路径进行第一层的打印，在第一层打印完成后，所述FDM打印头需抬高预先设定距离，预先设定距离与所述打印头直径相同，然后所述机械手按照所述第一焊打印路径再次进行第二层打印，以此类推，直到达到所述打印层数，将每一层的打印路径以及抬高的路径顺序连接起来，所得结果即为所述机械手进行非金属材料制件的第一打印轨迹。由此实现对非金属材料制件的增材修复。同时也可获取所述FDM打印头的纯跟踪路径，非金属材料制件的3D打印进行动态调整。

基于上述分析可知，本公开提供的一个或多个技术方案达到的有益效果如下：

1.对方舱中的工作平台上的零部件进行多维度特征采集，得到目标实际特征参数，将零部件在预设零部件数据库中遍历得到目标设计特征参数，预设零部件数据库为多种预设零部件及其设计特征参数的映射数据集合，从目标实际特征参数中提取第一部件面的第一实际特征参数，并从目标设计特征参数中遍历第一部件面的第一设计特征参数，根据第一实际特征参数与第一设计特征参数的第一对比数据，得到第一修复指令，方舱中的机器人基于第一修复指令控制其机械手对零部件进行修复，机械手位于机器人的机械臂的末端，由此通过对零部件的材料进行分析，从而实现对金属材料制件和非金属材料制件的增减材修复，达到消除增减材修复对零部件材料的局限性，提升增减材修复的适用性，同时提升修复精度和准确度的技术效果。

2.根据从第一实际特征参数中获取的第一部件面的部件面形状尺寸信息构建第一部件面的第一数字模型，对第一数字模型进行网格划分得到第一网格划分结果，且网格划分时以焊接口直径为网格单位长，以第一网格划分结果中的中心网格作为焊接起点，以过且仅过一次为约束得到第一焊接路径，第一焊接路径为对第一网格划分结果中各个网格进行焊接行进设计得到的路径，实现对第一焊接路径的规划，保证对第一部表面的焊接准确性，防止出现漏焊区域，达到提升增材修复准确性的技术效果。

3.获取焊接作业头的焊接头长度，以焊接头长度的中心为圆心、以预瞄距离为半径得到动态监测圆，将动态监测圆与第一焊接路径的交点作为预瞄点，获取焊接作业头的实时运动方向，并将实际运动方向与预瞄点的夹角作为实时偏差角，根据焊接头长度、预瞄距离和实时偏差角计算得到焊接作业头的实时转角，基于实时转角得到焊接作业头的纯跟踪路径，根据纯跟踪路径与第一焊接路径的实时对比数据进行焊接动态调整，由此实现对实际焊接轨迹的偏差分析，达到提升焊接精度和准确性，保证增材修复效果的技术效果。

实施例二：

基于与前述实施例中一种基于机械臂智能控制的零部件增减材修复方法同样的发明构思，如图2所示，本申请还提供了一种基于机械臂智能控制的零部件增减材修复系统，所述系统包括：

实际特征参数采集模块11，所述实际特征参数采集模块11用于对方舱中的工作平台上的零部件进行多维度特征采集，得到目标实际特征参数；

设计特征参数获取模块12，所述设计特征参数获取模块12用于将所述零部件在预设零部件数据库中遍历得到目标设计特征参数，所述预设零部件数据库为多种预设零部件及其设计特征参数的映射数据集合；

特征参数提取模块13，所述特征参数提取模块13用于从所述目标实际特征参数中提取第一部件面的第一实际特征参数，并从所述目标设计特征参数中遍历所述第一部件面的第一设计特征参数；

修复指令获取模块14，所述修复指令获取模块14用于根据所述第一实际特征参数与所述第一设计特征参数的第一对比数据，得到第一修复指令；

控制修复模块15，所述控制修复模块15用于所述方舱中的机器人基于所述第一修复指令控制其机械手对所述零部件进行修复，所述机械手位于所述机器人的机械臂的末端。

进一步而言，所述实际特征参数采集模块11还用于：

通过所述工件尺寸检测器得到所述零部件的结构尺寸信息；

通过所述金属探测仪得到所述零部件的材料信息，所述材料信息是指所述零部件是否属于金属材料制件的探测判断信息；

所述结构尺寸信息与所述材料信息组成所述目标实际特征参数。

进一步而言，所述控制修复模块15还用于：

根据所述第一对比数据，若所述第一实际特征参数小于所述第一设计特征参数，则将所述第一修复指令定为第一增材修复指令；

根据所述第一增材修复指令提取所述目标实际特征参数中的所述材料信息；

根据所述材料信息，若所述零部件属于金属材料制件，则将焊接作业头安装至所述机械手，所述焊接作业头用于对所述零部件进行增材修复。

进一步而言，所述控制修复模块15还用于：

分析所述第一对比数据得到第一对比绝对值；

根据所述第一对比绝对值与所述焊接作业头的焊接口直径计算得到焊接层数；

基于所述焊接口直径，结合分析所述第一部件面的部件面形状尺寸信息，生成第一焊接路径，所述第一焊接路径为所述焊接作业头的焊接作业路径；

基于所述焊接层数和所述第一焊接路径得到所述机械手的第一运动轨迹；

在基于所述第一运动轨迹对所述机械手进行增材运动控制时，同时启动所述方舱中的增材电弧焊机和焊接送丝机；

其中，所述增材电弧焊机用于为所述焊接作业头提供增材材料，所述焊接送丝机用于为所述焊接作业头提供增材焊接丝。

进一步而言，所述控制修复模块15还用于：

根据从所述第一实际特征参数中获取的所述第一部件面的部件面形状尺寸信息构建所述第一部件面的第一数字模型；

对所述第一数字模型进行网格划分得到第一网格划分结果，且网格划分时以所述焊接口直径为网格单位长；

以所述第一网格划分结果中的中心网格作为焊接起点，以过且仅过一次为约束得到所述第一焊接路径，所述第一焊接路径为对所述第一网格划分结果中各个网格进行焊接行进设计得到的路径。

进一步而言，所述控制修复模块15还用于：

获取所述焊接作业头的焊接头长度；

以所述焊接头长度的中心为圆心、以预瞄距离为半径得到动态监测圆；

将所述动态监测圆与所述第一焊接路径的交点作为预瞄点；

获取所述焊接作业头的实际运动方向，并将所述实际运动方向与所述预瞄点的夹角作为实时偏差角；

根据所述焊接头长度、所述预瞄距离和所述实时偏差角计算得到所述焊接作业头的实时转角；

基于所述实时转角得到所述焊接作业头的纯跟踪路径；

根据所述纯跟踪路径与所述第一焊接路径的实时对比数据进行焊接动态调整。

进一步而言，所述控制修复模块15还用于：

根据所述第一对比数据，若所述第一实际特征参数大于所述第一设计特征参数，则将所述第一修复指令定为第一减材修复指令；

根据所述第一减材修复指令，将减材作业头安装至所述机械手，所述减材作业头用于对所述零部件进行减材修复。

进一步而言，所述控制修复模块15还用于：

根据所述材料信息，若所述零部件不属于金属材料制件，则将FDM打印头安装至所述机械手，所述FDM打印头用于对所述零部件进行增材修复。

前述实施例一中的一种基于机械臂智能控制的零部件增减材修复方法具体实例同样适用于本实施例的一种基于机械臂智能控制的零部件增减材修复系统，通过前述对一种基于机械臂智能控制的零部件增减材修复方法的详细描述，本领域技术人员可以清楚地知道本实施例中一种基于机械臂智能控制的零部件增减材修复系统，所以为了说明书的简洁，在此不再详述。

实施例三：

如图3所示，本申请实施例还一种基于机械臂智能控制的零部件增减材修复装置，所述装置为一方舱1，所述方舱1包括：

工作平台2，所述工作平台2位于所述方舱的下方，用于承载需要增减材修复的零部件，且所述工作平台2上安装有工件尺寸检测器和金属探测仪，用于对需要增减材修复的零部件进行智能检测；

机器人3，所述机器人与所述工作平台2位置相邻，且，所述机器人3包括机械臂31、机械手32，所述机械手32位于所述机械臂31的末端，用于安装预设作业头33，其中，所述预设作业头包括焊接作业头331、FDM打印头332和减材作业头333；

作业刀具放置架4，所述作业刀具放置架4与所述机器人3位置相邻，用于放置所述预设作业头33；

机器人控制柜5，所述机器人控制柜5位于所述机器人3后方，且，所述机器人控制柜5包括增材电弧焊机51、焊接送丝机52和水冷机系统53。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤，只要能够实现本发明公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (6)

1.一种基于机械臂智能控制的零部件增减材修复方法，其特征在于，所述方法应用于一种基于机械臂智能控制的零部件增减材修复系统，所述系统与一种基于机械臂智能控制的零部件增减材修复装置通信连接，所述装置为一方舱，所述方法包括：

对所述方舱中的工作平台上的零部件进行多维度特征采集，得到目标实际特征参数；

将所述零部件在预设零部件数据库中遍历得到目标设计特征参数，所述预设零部件数据库为多种预设零部件及其设计特征参数的映射数据集合；

从所述目标实际特征参数中提取第一部件面的第一实际特征参数，并从所述目标设计特征参数中遍历所述第一部件面的第一设计特征参数；

根据所述第一实际特征参数与所述第一设计特征参数的第一对比数据，得到第一修复指令；

所述方舱中的机器人基于所述第一修复指令控制其机械手对所述零部件进行修复，所述机械手位于所述机器人的机械臂的末端；

所述工作平台上安装有工件尺寸检测器和金属探测仪，所述得到目标实际特征参数，包括：

通过所述工件尺寸检测器得到所述零部件的结构尺寸信息；

通过所述金属探测仪得到所述零部件的材料信息，所述材料信息是指所述零部件是否属于金属材料制件的探测判断信息；

所述结构尺寸信息与所述材料信息组成所述目标实际特征参数；

所述方舱中的机器人基于所述第一修复指令控制其机械手对所述零部件进行修复，包括：

根据所述第一对比数据，若所述第一实际特征参数小于所述第一设计特征参数，则将所述第一修复指令定为第一增材修复指令；

根据所述第一增材修复指令提取所述目标实际特征参数中的所述材料信息；

根据所述材料信息，若所述零部件属于金属材料制件，则将焊接作业头安装至所述机械手，所述焊接作业头用于对所述零部件进行增材修复；

在所述将焊接作业头安装至所述机械手之后，包括：

分析所述第一对比数据得到第一对比绝对值；

根据所述第一对比绝对值与所述焊接作业头的焊接口直径计算得到焊接层数；

基于所述焊接口直径，结合分析所述第一部件面的部件面形状尺寸信息，生成第一焊接路径，所述第一焊接路径为所述焊接作业头的焊接作业路径；

基于所述焊接层数和所述第一焊接路径得到所述机械手的第一运动轨迹；

在基于所述第一运动轨迹对所述机械手进行增材运动控制时，同时启动所述方舱中的增材电弧焊机和焊接送丝机；

其中，所述增材电弧焊机用于为所述焊接作业头提供增材材料，所述焊接送丝机用于为所述焊接作业头提供增材焊接丝。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述基于所述焊接口直径，结合分析所述第一部件面的部件面形状尺寸信息，生成第一焊接路径，包括：

根据从所述第一实际特征参数中获取的所述第一部件面的部件面形状尺寸信息构建所述第一部件面的第一数字模型；

对所述第一数字模型进行网格划分得到第一网格划分结果，且网格划分时以所述焊接口直径为网格单位长；

以所述第一网格划分结果中的中心网格作为焊接起点，以过且仅过一次为约束得到所述第一焊接路径，所述第一焊接路径为对所述第一网格划分结果中各个网格进行焊接行进设计得到的路径。

3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述方法还包括：

获取所述焊接作业头的焊接头长度；

以所述焊接头长度的中心为圆心、以预瞄距离为半径得到动态监测圆；

将所述动态监测圆与所述第一焊接路径的交点作为预瞄点；

获取所述焊接作业头的实际运动方向，并将所述实际运动方向与所述预瞄点的夹角作为实时偏差角；

根据所述焊接头长度、所述预瞄距离和所述实时偏差角计算得到所述焊接作业头的实时转角；

基于所述实时转角得到所述焊接作业头的纯跟踪路径；

根据所述纯跟踪路径与所述第一焊接路径的实时对比数据进行焊接动态调整。

4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述方法包括：

根据所述第一对比数据，若所述第一实际特征参数大于所述第一设计特征参数，则将所述第一修复指令定为第一减材修复指令；

根据所述第一减材修复指令，将减材作业头安装至所述机械手，所述减材作业头用于对所述零部件进行减材修复。

5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，根据所述材料信息，若所述零部件不属于金属材料制件，则将FDM打印头安装至所述机械手，所述FDM打印头用于对所述零部件进行增材修复。

6.一种基于机械臂智能控制的零部件增减材修复系统，其特征在于，所述系统包括：

实际特征参数采集模块，所述实际特征参数采集模块用于对方舱中的工作平台上的零部件进行多维度特征采集，得到目标实际特征参数；

设计特征参数获取模块，所述设计特征参数获取模块用于将所述零部件在预设零部件数据库中遍历得到目标设计特征参数，所述预设零部件数据库为多种预设零部件及其设计特征参数的映射数据集合；

特征参数提取模块，所述特征参数提取模块用于从所述目标实际特征参数中提取第一部件面的第一实际特征参数，并从所述目标设计特征参数中遍历所述第一部件面的第一设计特征参数；

修复指令获取模块，所述修复指令获取模块用于根据所述第一实际特征参数与所述第一设计特征参数的第一对比数据，得到第一修复指令；

控制修复模块，所述控制修复模块用于所述方舱中的机器人基于所述第一修复指令控制其机械手对所述零部件进行修复，所述机械手位于所述机器人的机械臂的末端；

所述实际特征参数采集模块还用于：

通过工件尺寸检测器得到所述零部件的结构尺寸信息；

通过金属探测仪得到所述零部件的材料信息，所述材料信息是指所述零部件是否属于金属材料制件的探测判断信息；

所述结构尺寸信息与所述材料信息组成所述目标实际特征参数；

所述控制修复模块还用于：

根据所述第一对比数据，若所述第一实际特征参数小于所述第一设计特征参数，则将所述第一修复指令定为第一增材修复指令；

根据所述第一增材修复指令提取所述目标实际特征参数中的所述材料信息；

根据所述材料信息，若所述零部件属于金属材料制件，则将焊接作业头安装至所述机械手，所述焊接作业头用于对所述零部件进行增材修复；

分析所述第一对比数据得到第一对比绝对值；

根据所述第一对比绝对值与所述焊接作业头的焊接口直径计算得到焊接层数；

基于所述焊接口直径，结合分析所述第一部件面的部件面形状尺寸信息，生成第一焊接路径，所述第一焊接路径为所述焊接作业头的焊接作业路径；

基于所述焊接层数和所述第一焊接路径得到所述机械手的第一运动轨迹；

在基于所述第一运动轨迹对所述机械手进行增材运动控制时，同时启动所述方舱中的增材电弧焊机和焊接送丝机；

其中，所述增材电弧焊机用于为所述焊接作业头提供增材材料，所述焊接送丝机用于为所述焊接作业头提供增材焊接丝。