[发明专利]一种用于对称旋转体的热喷涂机器人轨迹规划方法

说明书

本发明公开了一种用于对称旋转体的热喷涂机器人轨迹规划方法，包括：步骤1、以对称旋转体的任意一条母线作为机器人的索引曲线；步骤2、以喷涂步长为基准将索引曲线进行离散化处理，获取路径点；步骤3、根据机器人喷枪的最小移动速度值确定对称旋转体外轴旋转速度；步骤4、根据路径点所在截面半径计算喷枪的瞬间移动速度；步骤5、顺次连接各路径点生成机器人路径，对称旋转体绕外轴旋转，喷枪在对称旋转体上扫掠的轨迹即为机器人的喷涂轨迹。本发明能减小机器人运动路径长度并确保生成的热喷涂涂层均匀一致，提高了喷涂效率，节省了喷涂材料和喷涂时间，有利于增强热喷涂涂层的性能，从而解决了对称旋转体表面上的热喷涂机器人路径规划问题。

技术领域

本发明涉及热喷涂机器人路径规划领域，尤其涉及一种用于对称旋转体的热喷涂机器人轨迹规划方法。

背景技术

热喷涂技术是一种新兴的表面处理技术，广泛用于产品表面防护、强化以及修复。早期的热喷涂机器人路径规划通常采用示教法，由操作人员依靠经验进行在线生成。近年来，随着复杂零件在热喷涂领域内大量出现，使得传统的人工在线编程方法无法准确规划机器人运动路径，这将导致喷涂后曲面上涂层厚度变化较大，涂层精度要求难以得到保证。随着科技的进步，在工业领域内，离线编程方法应用到热喷涂机器人路径生成，由于离线编程方式具有定位精度高、程序编写快捷、安全性高等优点，使得喷涂工艺参数得到精确控制，提高了产品涂层性能。在众多案例中，一个典型的案例是这样的：由离线编程软件产生机器人运动路径，喷枪安装在工业机器人手臂上，随着机器人手臂的运动对工件表面进行喷涂作业。

1.改进前方法工作的原理

热喷涂领域内的机器人路径规划首先要求实现扫掠速度、喷涂角度、喷涂距离等诸多参数的精确控制，生成误差允许范围内厚度均匀的涂层，其次要求减少喷涂时间以降低喷涂材料的浪费率。目前热喷涂行业内已有的机器人路径规划方法较多采用基于“布尔运算”的切分方法生成机器人路径曲线。该方法的原理阐述如下：

空间坐标系内存在不规则曲面S，设喷涂涂层沉积剖面满足类高斯分布，在该分布下，获取均匀涂层厚度的最优路径间距为l，要求在曲面S上生成间距为l的热喷涂机器人路径。具体实施步骤：

步骤1：将曲面S进行适当的旋转，使其在某个坐标轴平面(xy，yz或xz)上的投影面最大，在该方法中设为xy平面。

步骤2：以路径间距l为参考，生成一系列平行于xy面的平面，xy',xy”...(如图1所示)，并以这些平面与曲面S进行布尔运算，获取一系列相交线。

步骤3：根据获取的一系列相交线生成机器人路径，同时添加冗余长度以提供机器人加减速距离。

由上可知，对于表面曲率变化不大的工件，该方法可以在工件表面上生成具有固定路径间距喷涂角度一致的机器人运动路径。

2.改进前方法存在的问题

传统的热喷涂机器人路径规划方法，能够在表面曲率变化很小的工件上生成机器人路径，但随着复杂工件表面曲率的变化，基于“布尔运算”切分方法难以生成固定路径间距和喷涂角度一致的机器人路径。喷涂工艺参数的不精确，使涂层厚度和涂层质量达不到要求。如喷涂步长不同，容易使涂层厚度不一致，喷涂角度过低，产生“遮蔽效应”等。同时，传统的机器人路径规划方法难以实现喷涂路径长度计算，致使喷涂时间以及喷涂材料的浪费。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对生产中需要在对称旋转体表面上生成满足热喷涂涂层厚度均匀性需求的机器人路径的问题，将其分为两个方面进行阐述。首先获取对称旋转体的任意一条母线，以喷涂步长为基准在母线上获取路径点，其次以对称旋转体转速和每个路径点所在截面半径计算对应的喷枪移动速度。本发明针对上述问题，为生成固定的喷涂间距和喷涂角度以及计算喷涂时间提供了一种较为精确的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：