[发明专利]一种喷涂机器人示教器及方法

说明书

本发明针对的技术问题，提出了一种喷涂机器人示教器及方法，本发明通过IMU采样数据与UWB采样数据融合获得喷涂过程喷枪位姿，实现机器人无编程示教；利用了UWB定位数据实现IMU累积误差补偿，保证IMU数据独立性且兼顾处理IMU误差累积；抗干扰性强，受光源，磁场等工业因素影响小；使得操作者能够用平时习惯的手动作业姿势进行示教，操作简单、不费力，易于复现操作者的现场经验；示教喷涂效果所见即所得，降低喷涂操作者专业技能等级要求；适用于通用的多轴工业机器人喷涂示教。

技术领域

本发明涉及喷涂机器人示教技术领域，具体涉及基于惯性测量单元(IMU)以及超宽带(UWB)标签进行复合采样的一种喷涂机器人示教器及方法。

背景技术

喷涂机器人，即携带喷枪对工件表面进行喷涂的机器人。由于其优良的重复精度、喷涂质量和效率，可有效降低喷涂环境对操作人员的危害。目前，喷涂机器人常用的为直接示教。直接示教可分为示教盒示教和手把手示教。

示教盒示教由操作人员在作业现场通过操作示教盒控制机器人运动，规划喷涂路径和喷枪姿态，记录喷涂作业中大量的特征点坐标、设置喷涂参数，完成示教编程。示教盒编程对操作者的专业性与工艺素质提出了较高的要求，面对结构复杂、型号多变、产品更新周期快的生产情况，编程效率低下无法满足产品的频繁变化，因此制约了喷涂机器人的推广应用，不能适应中小企业多品种产品频繁变换工件类型的生产。

手把手示教编程是由操作者直接牵引机器人末端工具即喷枪预演一次喷涂作业，机器人控制器实时记录示教过程中机器人各关节坐标和喷涂工艺参数，完成一件产品的喷涂作业过程，同时示教预演结束。利用手把手示教所记录数据即可再现喷涂过程。手把手示教对操作人员要求低，普通喷涂工人经过简单操作培训即可升级为机器人操控人员，并且手把手示教的预演示教过程喷涂效果所见即所得，示教编程效率高，可不停线对连续运动的吊挂线上的工件进行预演示教，并立即获得机器人控制程序，特别适用于产品频繁变换的中小型企业喷涂生产。但由于示教过程需要拖拽机器人末端使其运动并按时间分割采样记录关节坐标数据，手把手示教需要使用专用机器人及控制器，手把手示教不能采用通用的工业机器人。此外，拖拽机器人末端的喷枪进行示教，由于关节约束和机器人总体惯量较大，造成示教操作不灵活，机器人难以获得最优的喷涂速度等运动参数，操作者体力消耗大，运动效率难以提高，不能适应一些快速和复杂的运动操作，这一问题成为了手把手示教技术推广应用的障碍。

公开日为2020.03.27，公开号为CN110919626A的中国申请专利：一种基于立体视觉的机器人手持示教装置及方法提供了一种基于立体视觉的方案，通过立体相机获取光斑点位置，并结合姿态芯片测量位姿测量杆的姿态，获取示教路径上设定点的位姿信息；但视觉技术受光源影响较大，且示教器上的光斑点位置容易受到遮挡，导致示教轨迹不能转动角度过大。因此，现有技术仍具有一定的局限性。

发明内容

针对现有技术的局限，本发明提出一种喷涂机器人示教器及方法，本发明采用的技术方案是：

一种喷涂机器人示教器，包括可安装在喷涂机器人上的喷枪，所述喷枪设有MCU、IMU以及用于三维定位的UWB标签；所述MCU用于控制所述IMU与UWB标签，对所述IMU与UWB标签的采样数据、喷枪的喷涂参数进行存储以及传输。

作为一种优选方案，所述MCU通过统一的时间戳使所述IMU与UWB标签的采样数据以及喷枪的喷涂参数保持时间同步。

一种使用前述喷涂机器人示教器进行人工喷涂示教的喷涂机器人示教方法，包括以下数据处理步骤：

通过获取目标喷涂机器人的连杆参数、关节参数以及喷枪在所述目标喷涂机器人上的安装位姿，分别建立喷枪安装位置以及喷枪的位姿变换矩阵；

在所述喷枪进入示教模式后，获取在示教模式运行过程中所述喷枪的IMU位姿数据、UWB定位数据以及喷涂参数；

通过对所述IMU位姿数据与UWB定位数据进行数据融合；