[发明专利]用于确定材料分配机器人的最优轨迹的系统和方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及机器人仿真。具体而言，本发明涉及材料分配机器人仿真并且使这些仿真适应通过一个机器人或多个机器人的实际使用。

背景技术

众所周知，在各个行业中在大量制成品的装配中使用机器人。机器人被应用在汽车、电路板、电脑、食品的制造、以及许多其他物品的自动化装配中。机器人学由于它们能够以最小的误差非常好地执行枯燥、重复的任务的能力而相对体力劳动在成本节省方面提供优势。

一个这样的任务是汽车外部车身零部件的涂装。类似的材料分配机器人还在一般工业中用于飞机部件、风车、公共汽车、火车等的制造。虽然机器人在操作中提供明显的时间节省优势，但是建立机器人以执行特定任务是一个麻烦的过程。在涂料应用过程中，必须小心，使得用最小的浪费获得所希望的涂料覆盖。

由涂料应用专家对涂装机器人进行编程是昂贵的、浪费的和耗时的过程。首先，专家通过逐点训练对象的表面位置、或者通过使用离线编程软件系统来对机器人进行编程。机器人然后应用涂料，并且然后专家测量在实际对象的表面之上的涂料厚度。为了获得在整个对象之上的均匀涂料覆盖，专家可能必须修改机器人的轨迹程序并且重复此过程数次，直到接收到满意的结果。

仿真涂装过程和估计涂料厚度的已知尝试尚没有成功。

有两种已知的方法来仿真涂装过程并且计算沉积在对象的表面上的涂料的厚度。第一种方法是使用高斯函数对的涂料厚度的静态分布进行建模，并且然后沿着机器人的分配涂料的路径投射模型。这种方法的问题是，它不对涂料分配操作的任何物理性质进行建模。例如，该模型不考虑重力、粘度或邻近弯曲表面的涂料颗粒的静电效应等。虽然高斯函数似乎利用平坦表面工作，但是利用弯曲或加倍曲面的表面，它不会很好地工作。计算沉积在表面上的涂料的厚度的另一方法是利用计算流体动力模型。不幸的是，这种方法需要大量的计算能力以使用数值方法来计算迭代模型。应当认为，这种方法将需要数天来计算从机器人控制的喷嘴分配的少量的涂料。因此，这种方法对于在需要被相对快速地运行的仿真中的实现并不现实。

基于前述内容，显然，需要一种基于涂料厚度仿真数据的用于机器人路径轨迹的集成的迭代调优软件。并且，需要这样的仿真软件，其能够预测在对象的表面上的涂料厚度沉积，并且关于如何调整机器人程序提供用户指导以便实现该对象上的以及还在一组相邻对象上的均匀涂料覆盖。此外，需要一种调优软件，其可以从仿真的虚拟环境中取得并且在实时涂装操作中实施。

发明内容

鉴于上述情况，本发明的第一方面提供一种用于确定材料分配机器人的最优轨迹的系统和方法。

本发明的另一方面提供一种用于调优机器人轨迹以获得对象上的最优材料厚度的系统，包括：至少一个机器人，被适配为分配材料；控制器，连接到机器人，以便对机器人的移动以及材料相对于对象的分配进行控制；以及调优器，连接到控制器以基于机器人的移动迭代地仿真材料在对象上的分配，并且基于迭代的仿真调整材料的分配和机器人的移动以获得对象上所期望的材料厚度。

本发明的又一方面是一种用于优化对象上的材料分配的方法，包括：仿真材料分配机器人相对于对象的路径轨迹；仿真沿着路径轨迹的材料的分配；确定材料在对象上的相对厚度；以及调优仿真步骤以调整并且获得材料在对象上所期望的相对厚度。

本发明的再一方面提供一种预测由至少一个机器人在至少一个对象上所分配的材料的覆盖和相对厚度的方法，包括：显示至少一个对象、至少一个机器人、以及至少一个机器人相对于至少一个对象的轨迹的多维视图；连同控制所分配的材料的输入和输出来仿真轨迹；记录仿真的输出；仿真从至少一个机器人到至少一个对象上的材料流动；以及生成并且显示在对象上的材料厚度表示。

本发明的又一个方面是一种用于仿真到对象上的材料流动的方法，包括：在显示器上表示多维对象；仿真可移动材料分配设备相对于显示器上的多维对象的运动；在显示器上仿真从可移动材料分配设备到多维对象上的材料的流动；以及在多维对象上表示材料的积累用于在显示器上进行观看。

附图说明

本发明的这些或者其他的特征和优点将关于以下描述、所附权利要求书和附图中而变得更好地理解，附图中：

图1是根据本发明的概念的材料应用系统的示意图；

图2具有标记物的待涂装对象的透视图，标记物被定位用于在确定仿真的路径轨迹时使用；

图3是具有标记物的对象和机器人的透视图，标记和机器人被利用来在建立仿真路径轨迹时识别标记物的定位；