【OFweek科普】喷漆机器人应用技术研究与发展趋势

2013-12-26 00:07

　　当前比较通用的是工控机加上运动控制卡的模式，即将运动控制卡插入工控机的PCI插槽中，工控机与运动控制卡之间通过PCI总线进行通讯。工控机负责系统的文件管理、系统参数设置、机器人语言的解释、示教检查、系统程序的协调调度、故障诊断、机器人运动学正逆解与插补运算等功能。运动控制卡只担负机器人的运动控制功能，增强了机器人运动的实时性。人机接口功能由插在工控机上专用的I/O卡来完成，I/O卡将设备运行状况、行程限位开关等信息以开关量的形式实时反馈给工控机，工控机根据读取到的信息做出相应的反应。示教盒与主机通过RS232总线进行通讯。控制系统硬件结构通常包括了工控机、运动控制卡、I/O卡、示教盒、伺服电机等部件。

　　4、喷涂机器人的主要优点

　　（1）柔性大。工作范围大大。

　　（2）提高喷涂质量和材料使用率。

　　（3）易于操作和维护。可离线编程，大大的缩短现场调试时间。

　　（4）设备利用率高。喷涂机器人的利用率可达90%-95%。

　　5、喷涂机器人技术难点

　　5.1喷涂工件CAD造型的获取

　　喷涂机器人离线编程的第一步是必须获取喷涂工件的CAD数据，将工件的设计阶段与加工制造阶段集成起来，从工件设计阶段直接获取其CAD数据，再根据所获取的CAD数据进行路径规划。使用三维激光扫描仪进行扫描，获取工件实物表面的数据，形成点云，再通过三维重构，获取工件的CAD实物数据。使用机械式探针沿工件表面滑动，以获得工件表面数据，再对工件表面数据进行日样条拟合，最终重构出工件的三维模型。随着计算机视觉技术的成熟，可以利用模式识别技术先识别出待喷涂的工件，再利用图像处理技术提取工件表面的特征点，形成数据点云，最后通过图像的三维重构获取工件的CAD数据。

　　5.2喷涂路径规划

　　路径规划是喷涂机器人离线编程的另一项关键技术。路径规划的好坏，直接关系到喷涂作业的效率以及工件表面的涂层是否均匀，对喷涂工件的质量的影响巨大。在获取到工件的CAD数据后，基于有限元的思想，以三角形小单元来近似逼近工件曲面，提取各个三角形单元的中点作为喷涂点，连接各个喷涂点获取喷涂路径。将获取到的工件CAD数据转换成STL文件，基于快速成形的切片技术将工件的三维模型进行分层，将各层的点数据进行矢量扩展，得到一系列有方向的点系，最后按照一定的排列顺序形成喷涂机器人的喷涂轨迹。采用虚拟现实技术，先构建喷涂过程的虚拟过程，在虚拟的环境下进行喷涂作业，定义最优的喷涂轨迹，同时将所定义的轨迹转换成最终执行的机器人语言。根据喷枪在工件表面的涂层累积速率数学模型，构建工件曲面上任意一点的涂层厚度数学表达式，用于优化的方法，在曲面的函数空间内寻求一条最优路径的函数表达式，由此得出喷涂的轨迹路径。

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