[发明专利]一种工业机器人加转台的喷涂路径规划方法及系统

说明书

本发明属于机器人喷涂路径生成技术领域，并具体公开了一种工业机器人加转台的喷涂路径规划方法及系统，其包括：根据复杂曲面零件模型，确定初始喷涂路径和初始喷涂姿态；确定可能发生干涉的其他曲面，对初始喷涂姿态进行调整，获得无干涉的喷涂姿态；基于无干涉的喷涂姿态构建机器人工具坐标系和喷涂工件坐标系的转换关系，得到机器人喷涂冗余角与转台旋转冗余角的关联关系；构建优化模型，以机器人喷涂关节效率为优化目标，以机器人喷涂冗余角、转台旋转冗余角为优化变量，考虑机器人喷涂可达性；进而基于关联关系，对优化模型采用差分进化算法求解得到机器人喷涂路径以及转台旋转冗余角。本发明可实现喷涂时的机器人与变位机转台的运动光顺。

技术领域

本发明属于机器人喷涂路径生成技术领域，更具体地，涉及一种工业机器人加转台的喷涂路径规划方法及系统。

背景技术

目前，随着科学技术发展日新月异，复杂曲面零件在航空航天、汽车、船舶等领域的应用日益广泛。由于航空发动机工作环境处于高温状态，往往需要在零件表面进行等离子喷涂覆盖热障涂层增强其表面强度，延长服役寿命。等离子喷涂工序的加工质量对于保证零件的成品率和服役性能，具有重要意义。此类零件存在曲面复杂、间距小等结构特点，目前多采用工业机器人装夹等离子喷涂工具配合一自由度转台的方式进行喷涂。目前多采用人工示教的方法生成路径，由于等离子喷涂的特性，需尽量保证焰流轴线与喷涂表面垂直，而示教生成的路径在调整干涉时不能最优考虑焰流夹角，且喷涂过程中存在末端旋转的冗余角和转台旋转的冗余角度，对此进行优化可以有效提高机器人运动效率，减少速度波动现象。因此研究机器人喷涂过程中的位姿优化以及冗余角优化很有必要。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)人工示教的方法无法精确保证机器人喷涂焰流与喷涂表面的角度关系。

(2)人工示教的方法未考虑机器人喷涂过程中的机器人冗余自由度以及转台冗余自由度，其可以提高机器人喷涂效率和平稳度。

(3)人工示教的方法适用于转台分动的场景，转台联动可以减少换向时间，提高喷涂效率。

解决以上问题及缺陷的难点在于：

人工示教的方法无法从理论上保证喷涂效果，需要通过严格的理论推导，而其中涉及到的机器人运动学算法、冗余角规划算法要结合实际标定的工具数据、转台数据进行联合优化，计算难度大。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种工业机器人加转台的喷涂路径规划方法及系统，其目的在于，提高机器人等离子喷涂时，机器人运动的平稳性，获得更好的涂层质量，提高喷涂效率。

为实现上述目的，按照本发明的第一方面，提出了一种工业机器人加转台的喷涂路径规划方法，包括如下步骤：

S1、根据复杂曲面零件模型，获取曲面参数，进而确定初始喷涂路径和初始喷涂姿态；

S2、根据待喷涂的曲面，确定可能发生干涉的其他曲面，从而对初始喷涂姿态进行调整，获得无干涉的喷涂姿态；

S3、基于无干涉的喷涂姿态构建机器人工具坐标系和喷涂工件坐标系的转换关系，进而得到机器人喷涂冗余角与转台旋转冗余角的关联关系；

S4、构建优化模型，具体以机器人喷涂关节效率为优化目标，以机器人喷涂冗余角、转台旋转冗余角为优化变量，考虑机器人喷涂可达性；进而基于所述关联关系，对优化模型进行求解得到机器人喷涂路径以及转台旋转冗余角。

作为进一步优选的，步骤S2中，无干涉的喷涂姿态具体为：