一種基于立體視覺的噴塑機(jī)器人的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于立體視覺的噴塑機(jī)器人，包括圖像獲取和處理裝置，計(jì)算與控制平臺，機(jī)器人和噴槍裝置；通過特殊攝像頭采集工件的深度信息，對工件進(jìn)行三維立體建模，生成噴槍的運(yùn)動(dòng)路徑與姿態(tài)，控制機(jī)器人按此路徑與姿態(tài)運(yùn)行，噴槍噴出帶靜電塑粉，完成噴塑粉工作。
【專利說明】
一種基于立體視覺的噴塑機(jī)器人
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及自動(dòng)控制設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其涉及一種噴涂自動(dòng)處理和人機(jī)交互操作的領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前在噴塑有二種途徑，一種是人工噴涂，一種是往復(fù)機(jī)噴涂;第二種是常規(guī)機(jī)器人噴涂，人工噴涂存在的問題:污染空氣、易燃易爆、塵肺病、人難招、質(zhì)量不穩(wěn)定;往復(fù)機(jī)噴涂存在的問題:不柔性、塑粉浪費(fèi)、回收機(jī)占地龐大、價(jià)格高、質(zhì)量差。常規(guī)機(jī)器人存在的問題是:價(jià)格高、沒視覺、不柔性。所以無論是投入來說，還是從噴涂質(zhì)量，以及塑粉利用率來說，當(dāng)前的噴涂途徑存在的費(fèi)用，質(zhì)量，利用率，以及存在環(huán)保的重大問題，并且對相關(guān)行業(yè)的人員來說，存在健康安全的隱患。
[0003]基于上述問題，所以需要采用一些立體視覺的噴塑機(jī)器人，比如說通過特殊攝像頭來采集工件的深度信息并進(jìn)行判斷和生成，通過對工件進(jìn)行三維立體建模，生成噴槍的運(yùn)動(dòng)路徑與姿態(tài)，控制機(jī)器人按此路徑與姿態(tài)運(yùn)行，噴槍噴出帶靜電塑粉，完成噴塑粉工作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]基于上述問題，本發(fā)明采用以下的技術(shù)方案:
[0005]—種基于立體視覺的噴塑機(jī)器人，包括圖像獲取和處理裝置，計(jì)算與控制平臺，機(jī)器人和噴槍裝置；
[0006]圖像獲取和處理裝置包括激光散斑陣列發(fā)射，立體視覺攝像頭，深度信息生成裝置，立體視覺處理裝置；
[0007]計(jì)算與控制平臺包括工件三維立體模型融合裝置，噴塑路徑與法矢量生成裝置，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制層，人機(jī)輸入輸出接口，噴粉參數(shù)控制裝置，局域網(wǎng)，遠(yuǎn)程無線網(wǎng)接口 ；
[0008]機(jī)器人和噴槍裝置包括噴槍，多自由度機(jī)器人和機(jī)器人驅(qū)動(dòng)層；
[0009]其中圖像獲取和處理裝置中的激光散斑陣列首先發(fā)射通過激光二極管發(fā)射出激光，經(jīng)過光學(xué)鏡片變換后，投射到工件上，形成帶深度編碼信息的激光散斑圖，立體視覺攝像頭拍攝激光散斑圖，通過深度信息生成裝置計(jì)算出工件的深度信息，深度信息即工件上各點(diǎn)距離攝像頭的距離，立體視覺處理裝置根據(jù)工件的深度信息的集合就可推出工件三維立體形狀，進(jìn)而生成工件的三維立體建模，并發(fā)送給計(jì)算與控制平臺中的工件三維立體模型融合裝置；
[0010]工件三維立體模型融合裝置將得到的工件的三維立體建模進(jìn)行融合計(jì)算并發(fā)送給機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制層;其方法步驟是:首先對立體視覺處理裝置生成的工件的三維立體建模進(jìn)行立體建模，并生成噴塑路徑與法矢量;將生成的噴塑路徑和多自由度機(jī)器人機(jī)器人的末端和噴槍的槍口的運(yùn)行軌跡，生成的法矢量及噴槍的槍口的指向這些信息送到機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制層，生成多自由度機(jī)器人各關(guān)節(jié)的電機(jī)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)(例如電機(jī)的轉(zhuǎn)速與方向)，再將這些運(yùn)動(dòng)參數(shù)送到機(jī)器人運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)層，生成驅(qū)動(dòng)電壓電流等參數(shù)，并把生成的驅(qū)動(dòng)電壓電流等參數(shù)送給多自由度機(jī)器人中的各關(guān)節(jié)的電機(jī)，通過多自由度機(jī)器人中的各關(guān)節(jié)的電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，多自由度機(jī)器人機(jī)器人整體表現(xiàn)為按生成的噴塑路徑與法矢量進(jìn)行運(yùn)動(dòng)；
[0011]計(jì)算與控制平臺中人機(jī)輸入輸出接口與人機(jī)交互界面相連，噴粉參數(shù)控制裝置與儲粉器、高壓氣路、噴粉機(jī)構(gòu)相連，計(jì)算與控制平臺中局域網(wǎng)與廠級集群監(jiān)控室相連，通過廠級集群監(jiān)控室，可以知道當(dāng)前的多自由度機(jī)器人是否運(yùn)行正常，生成速度，維護(hù)周期，易損件的剩余工作壽命等;遠(yuǎn)程無線網(wǎng)接口與公司遠(yuǎn)程服務(wù)器相連，由公司遠(yuǎn)程服務(wù)器提供數(shù)據(jù)服務(wù)，公司遠(yuǎn)程服務(wù)器產(chǎn)生相應(yīng)的作用為:軟件自動(dòng)升級，發(fā)生故障時(shí)的遠(yuǎn)程維護(hù)，授權(quán)的客戶行為統(tǒng)計(jì)等；
[0012]機(jī)器人和噴槍裝置中機(jī)器人驅(qū)動(dòng)層與計(jì)算與控制平臺中工件三維立體模型融合裝置相連，由工件三維立體模型融合裝置為機(jī)器人驅(qū)動(dòng)層提供三維立體建模，機(jī)器人驅(qū)動(dòng)層與多自由度機(jī)器人相連，給多自由度機(jī)器人提供底層驅(qū)動(dòng);并由多自由度機(jī)器人操給噴槍進(jìn)行法矢量運(yùn)動(dòng)進(jìn)行噴塑，即生成噴槍的運(yùn)動(dòng)路徑與姿態(tài)，控制多自由度機(jī)器人按生成的路徑與姿態(tài)進(jìn)行運(yùn)行，噴槍噴出帶靜電塑粉，完成噴塑粉工作；
[0013]進(jìn)一步地:本發(fā)明提供了一種基于立體視覺的噴塑機(jī)器人的工作方法，包括包括對工件進(jìn)行圖像獲取和處理的方法，然后進(jìn)行計(jì)算與控制的方法，通過計(jì)算與控制的方法使用機(jī)器人和噴槍裝置對工件進(jìn)行操作；
[0014]圖像獲取和處理的方法包括激光散斑陣列發(fā)射的方法，立體視覺攝像的方法，立體視覺處理的方法，深度信息生成的方法；
[0015]計(jì)算與控制的方法包括工件三維立體模型融合的方法，噴塑路徑與法矢量生成的方法，以及還包括有機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制層，人機(jī)輸入輸出接口，噴粉參數(shù)控制裝置，局域網(wǎng)，遠(yuǎn)程無線網(wǎng)接口；
[0016]機(jī)器人和噴槍裝置包括噴槍，多自由度機(jī)器人和機(jī)器人驅(qū)動(dòng)層；
[0017]其中圖像獲取和處理的方法中的激光散斑陣列發(fā)射的方法首先通過激光二極管發(fā)射出激光，經(jīng)過光學(xué)鏡片變換后，投射到工件上，形成帶深度編碼信息的激光散斑圖，立體視覺攝像的方法把這些激光散斑圖進(jìn)行拍攝，然后進(jìn)行深度信息生成的方法，深度信息即工件上各點(diǎn)距離攝像頭的距離，立體視覺處理的方法根據(jù)工件的深度信息的集合就可計(jì)算出工件三維立體形狀，進(jìn)而生成工件的三維立體建模;把生成的所術(shù)工件的三維立體建模發(fā)送給計(jì)算與控制的方法進(jìn)行操作；
[0018]計(jì)算與控制的方法包括工件三維立體模型融合的方法;三維立體模型融合的方法將得到的工件的三維立體建模進(jìn)行融合計(jì)算并發(fā)送給機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制層;其方法步驟是:工件的三維立體建模先立體建模，并生成噴塑路徑與法矢量;將生成的噴塑路徑和多自由度機(jī)器人機(jī)器人的末端和噴槍的槍口的運(yùn)行軌跡，生成的法矢量及噴槍的槍口的指向等信息送到機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制層，生成多自由度機(jī)器人各關(guān)節(jié)的電機(jī)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)(例如電機(jī)的轉(zhuǎn)速與方向)，再將這些運(yùn)動(dòng)參數(shù)送到機(jī)器人運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)層，生成驅(qū)動(dòng)電壓電流等參數(shù)，并把生成的驅(qū)動(dòng)電壓電流等參數(shù)送給多自由度機(jī)器人中的各關(guān)節(jié)的電機(jī)，通過多自由度機(jī)器人中的各關(guān)節(jié)的電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，多自由度機(jī)器人機(jī)器人整體表現(xiàn)為按生成的噴塑路徑與法矢量進(jìn)行運(yùn)動(dòng)；
[0019]計(jì)算與控制的方法中人機(jī)輸入輸出接口與人機(jī)交互界面相連，噴粉參數(shù)控制裝置與儲粉器、高壓氣路、噴粉機(jī)構(gòu)相連，計(jì)算與控制的方法還要通過局域網(wǎng)與廠級集群監(jiān)控室相連，通過廠級集群監(jiān)控室，可以知道當(dāng)前的多自由度機(jī)器人是否運(yùn)行正常，生成速度，維護(hù)周期，易損件的剩余工作壽命等;遠(yuǎn)程無線網(wǎng)接口與公司遠(yuǎn)程服務(wù)器相連，由公司遠(yuǎn)程服務(wù)器提供數(shù)據(jù)服務(wù)，公司遠(yuǎn)程服務(wù)器產(chǎn)生相應(yīng)的作用為:軟件自動(dòng)升級，發(fā)生故障時(shí)的遠(yuǎn)程維護(hù)，授權(quán)的客戶行為統(tǒng)計(jì)等;機(jī)器人和噴槍裝置由機(jī)器人驅(qū)動(dòng)層通過計(jì)算與控制的方法中的工件三維立體模型融合的方法進(jìn)行操作，由工件三維立體模型融合的方法為機(jī)器人驅(qū)動(dòng)層提供三維立體建模，機(jī)器人驅(qū)動(dòng)層與多自由度機(jī)器人相連，給多自由度機(jī)器人提供底層驅(qū)動(dòng)；并由多自由度機(jī)器人操給噴槍進(jìn)行法矢量運(yùn)動(dòng)進(jìn)行噴塑，即生成噴槍的運(yùn)動(dòng)路徑與姿態(tài)，控制多自由度機(jī)器人按生成的路徑與姿態(tài)進(jìn)行運(yùn)行，噴槍噴出帶靜電塑粉，完成噴塑粉工作。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明的體系結(jié)構(gòu)圖；
[0021]圖2為本發(fā)明的立體不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]本發(fā)明的基于立體視覺的噴塑機(jī)器人，在實(shí)際應(yīng)用中，如圖1和圖2所示，
包括三大部分，其中有圖像獲取和處理裝置，計(jì)算與控制平臺和機(jī)器人和噴槍裝置；
[0023]圖像獲取和處理裝置包括激光散斑陣列發(fā)射，立體視覺攝像頭，深度信息生成裝置，立體視覺處理裝置；
[0024]計(jì)算與控制平臺包括工件三維立體模型融合裝置，噴塑路徑與法矢量生成裝置，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制層，人機(jī)輸入輸出接口，噴粉參數(shù)控制裝置;局域網(wǎng)，遠(yuǎn)程無線網(wǎng)接口 ；
[0025]機(jī)器人和噴槍裝置包括噴槍，多自由度機(jī)器人和機(jī)器人驅(qū)動(dòng)層，在實(shí)際應(yīng)用中，多自由度機(jī)器人是多自由度的，例如3軸、4軸、5軸、6軸等；
[0026]其中圖像獲取和處理裝置中的激光散斑陣列首先發(fā)射通過激光二極管發(fā)射出激光，激光，既可以是紅外波段的激光，也可以是可見光波段的激光。激光經(jīng)過光學(xué)鏡片變換后，投射到工件上，形成帶深度編碼信息的激光散斑圖，立體視覺攝像頭既可以是CMOS攝像頭，也可以是CCD攝像頭。由立體視覺攝像頭拍攝激光散斑圖，通過深度信息生成裝置計(jì)算出工件的深度信息，深度信息即工件上各點(diǎn)距離攝像頭的距離，立體視覺處理裝置根據(jù)工件的深度信息的集合就可推出工件三維立體形狀，進(jìn)而生成工件的三維立體建模，并發(fā)送給計(jì)算與控制平臺中的工件三維立體模型融合裝置;工件三維立體模型融合裝置將得到的工件的三維立體建模進(jìn)行融合計(jì)算并發(fā)送給機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制層；其方法步驟是:工件的三維立體建模先立體建模，并生成噴塑路徑與法矢量;將生成的噴塑路徑和多自由度機(jī)器人機(jī)器人的末端和噴槍的槍口的運(yùn)行軌跡，生成的法矢量及噴槍的槍口的指向這些信息送到機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制層，生成多自由度機(jī)器人各關(guān)節(jié)的電機(jī)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，再將這些運(yùn)動(dòng)參數(shù)送到機(jī)器人運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)層，生成驅(qū)動(dòng)電壓電流等參數(shù)，并把生成的驅(qū)動(dòng)電壓電流等參數(shù)送給多自由度機(jī)器人中的各關(guān)節(jié)的電機(jī)，通過多自由度機(jī)器人中的各關(guān)節(jié)的電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，多自由度機(jī)器人機(jī)器人整體表現(xiàn)為按生成的噴塑路徑與法矢量進(jìn)行運(yùn)動(dòng)；
[0027]計(jì)算與控制平臺中人機(jī)輸入輸出接口與人機(jī)交互界面相連，人機(jī)交互人機(jī)交互界面，包括觸摸屏、按鈕開關(guān)、鼠標(biāo)鍵盤等。噴粉參數(shù)控制裝置與儲粉器、高壓氣路、噴粉機(jī)構(gòu)相連，計(jì)算與控制平臺中局域網(wǎng)與廠級集群監(jiān)控室相連，局域網(wǎng)，既可以是以太網(wǎng)，也可以是其他常見工業(yè)通信網(wǎng)，例如RS232，RS485，CAN，等。通過廠級集群監(jiān)控室，可以知道當(dāng)前的多自由度機(jī)器人是否運(yùn)行正常，生成速度，維護(hù)周期，易損件的剩余工作壽命等;遠(yuǎn)程無線網(wǎng)接口與公司遠(yuǎn)程服務(wù)器相連，遠(yuǎn)程無線網(wǎng)接口，可以是GPRS、CDMA等。由公司遠(yuǎn)程服務(wù)器提供數(shù)據(jù)服務(wù)，公司遠(yuǎn)程服務(wù)器產(chǎn)生相應(yīng)的作用為:軟件自動(dòng)升級，發(fā)生故障時(shí)的遠(yuǎn)程維護(hù)，授權(quán)的客戶行為統(tǒng)計(jì)等；
[0028]機(jī)器人和噴槍裝置中機(jī)器人驅(qū)動(dòng)層與計(jì)算與控制平臺中工件三維立體模型融合裝置相連，由工件三維立體模型融合裝置為機(jī)器人驅(qū)動(dòng)層提供三維立體建模，機(jī)器人驅(qū)動(dòng)層與多自由度機(jī)器人相連，給多自由度機(jī)器人提供底層驅(qū)動(dòng);并由多自由度機(jī)器人操給噴槍進(jìn)行法矢量運(yùn)動(dòng)進(jìn)行噴塑，即生成噴槍的運(yùn)動(dòng)路徑與姿態(tài)，控制多自由度機(jī)器人按生成的路徑與姿態(tài)進(jìn)行運(yùn)行，噴槍噴出帶靜電塑粉，完成噴塑粉工作；
[0029]實(shí)施例2:本發(fā)明公開了一種基于立體視覺的噴塑機(jī)器人的工作方法，首先進(jìn)行圖像獲取和處理，然后進(jìn)行計(jì)算與控制，通過計(jì)算與控制來對機(jī)器人和噴槍進(jìn)行操作；
[0030]圖像獲取和處理包括激光散斑陣列發(fā)射，立體視覺攝像，立體視覺處理，深度信息生成；
[0031]計(jì)算與控制包括工件三維立體模型融合，噴塑路徑與法矢量生成，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制層，人機(jī)輸入輸出接口，噴粉參數(shù)控制，局域網(wǎng)，遠(yuǎn)程無線網(wǎng)接口 ；
[0032]機(jī)器人和噴槍包括噴槍，多自由度機(jī)器人和機(jī)器人驅(qū)動(dòng)層；
[0033]具體的方法步驟為:
[0034]SlOl:其中圖像獲取和處理中的激光散斑陣列首先發(fā)射通過激光二極管發(fā)射出激光，經(jīng)過光學(xué)鏡片變換后，投射到工件上，形成帶深度編碼信息的激光散斑圖，立體視覺攝像把這些激光散斑圖進(jìn)行拍攝，然后進(jìn)行深度信息生成，深度信息即工件上各點(diǎn)距離攝像頭的距離，立體視覺處理裝置根據(jù)工件的深度信息的集合就可推出工件三維立體形狀，進(jìn)而生成工件的三維立體建模并進(jìn)行計(jì)算與控制，計(jì)算與控制包括工件三維立體模型融合方法;
[0035]S102:工件三維立體模型融合方法將得到的工件的三維立體建模進(jìn)行融合計(jì)算并發(fā)送給機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制層;其方法步驟是:工件的三維立體建模先立體建模，并生成噴塑路徑與法矢量;將生成的噴塑路徑和多自由度機(jī)器人機(jī)器人的末端和噴槍的槍口的運(yùn)行軌跡，生成的法矢量及噴槍的槍口的指向這些信息送到機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制層，生成多自由度機(jī)器人各關(guān)節(jié)的電機(jī)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)(例如電機(jī)的轉(zhuǎn)速與方向)，再將這些運(yùn)動(dòng)參數(shù)送到機(jī)器人運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)層，生成驅(qū)動(dòng)電壓電流等參數(shù)，并把生成的驅(qū)動(dòng)電壓電流等參數(shù)送給多自由度機(jī)器人中的各關(guān)節(jié)的電機(jī)，通過多自由度機(jī)器人中的各關(guān)節(jié)的電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，多自由度機(jī)器人機(jī)器人整體表現(xiàn)為按生成的噴塑路徑與法矢量進(jìn)行運(yùn)動(dòng)；
[0036]S103:計(jì)算與控制還需要一定的人機(jī)輸入輸出接口與人機(jī)交互界面相連，噴粉參數(shù)控制裝置與儲粉器、高壓氣路、噴粉機(jī)構(gòu)相連，計(jì)算與控制還要通過局域網(wǎng)與廠級集群監(jiān)控室相連，通過廠級集群監(jiān)控室，可以知道當(dāng)前的多自由度機(jī)器人是否運(yùn)行正常，生成速度，維護(hù)周期，易損件的剩余工作壽命等;遠(yuǎn)程無線網(wǎng)接口與公司遠(yuǎn)程服務(wù)器相連，由公司遠(yuǎn)程服務(wù)器提供數(shù)據(jù)服務(wù)，公司遠(yuǎn)程服務(wù)器產(chǎn)生相應(yīng)的作用為:軟件自動(dòng)升級，發(fā)生故障時(shí)的遠(yuǎn)程維護(hù)，授權(quán)的客戶行為統(tǒng)計(jì)等；
[0037]S104:機(jī)器人和噴槍包含的機(jī)器人驅(qū)動(dòng)層通過計(jì)算與控制中的工件三維立體模型融合功能部分相連，由工件三維立體模型融合為機(jī)器人驅(qū)動(dòng)層提供三維立體建模，機(jī)器人驅(qū)動(dòng)層與多自由度機(jī)器人相連，給多自由度機(jī)器人提供底層驅(qū)動(dòng);并由多自由度機(jī)器人操給噴槍進(jìn)行法矢量運(yùn)動(dòng)進(jìn)行噴塑，即生成噴槍的運(yùn)動(dòng)路徑與姿態(tài)，控制多自由度機(jī)器人按生成的路徑與姿態(tài)進(jìn)行運(yùn)行，噴槍噴出帶靜電塑粉，完成噴塑粉工作。
[0038]實(shí)施例3:—種基于三維視覺的立體噴涂的方法。包括有兩臺具有三維視覺識別功能的攝像頭，一個(gè)控制器，一臺工業(yè)機(jī)器人。所述攝像頭與控制器相連用于采集三維深度數(shù)據(jù)，所述控制器與機(jī)器人相連用于控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。具體實(shí)施如下:兩個(gè)具有三維立體視覺識別功能的攝像頭固定在工件前方，對需要噴涂的工件進(jìn)行實(shí)時(shí)拍攝，為了能更全面的拍攝出工件的深度數(shù)據(jù)，兩個(gè)攝像頭呈30度夾角，拍攝完成后生成該工件的表面三維深度數(shù)據(jù)。再將此深度數(shù)據(jù)傳輸給控制器，由控制器內(nèi)的程序生成三維圖像，在三維圖像的基礎(chǔ)上生成噴涂的噴槍運(yùn)動(dòng)軌跡及姿態(tài)角，通過控制器將此數(shù)據(jù)傳輸給機(jī)器人，機(jī)器人帶動(dòng)固定其上的噴槍相對應(yīng)地進(jìn)行噴涂作業(yè)。
[0039]機(jī)器視覺。根據(jù)攝像頭拍攝到的紅外圖像與RGB彩色圖像，據(jù)此生成出深度圖與工件外形圖。涉及到紅外激光光編碼發(fā)射、紅外線圖像傳感器、RGB彩色圖像傳感器、圖像采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法、專用光學(xué)器件設(shè)計(jì)、專用電路設(shè)計(jì)。相比以前存在的機(jī)器視覺，本發(fā)明實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是不受環(huán)境光干擾，對各種常見工業(yè)零件都能可靠識別，同時(shí)性價(jià)比提高近百倍。
[0040]5軸機(jī)器人本體。關(guān)鍵技術(shù)在于適合噴塑行業(yè)的專用機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，在于高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，保證機(jī)器人本體各部件間諧振頻率與自身固有頻率的控制。相比目前存在的機(jī)器人，本發(fā)明實(shí)施例可以高速24小時(shí)連續(xù)運(yùn)動(dòng)，壽命長，精度下降速度極低。同時(shí)性價(jià)比提高十余倍。
[0041 ]完整的控制系統(tǒng)。關(guān)鍵技術(shù)在于并行高速計(jì)算核心，使用了FPGA與ARM結(jié)合的SOC處理器。此SOC處理器中的FPGA是一種可靈活編程的超大規(guī)模邏輯門電路。一般硬件規(guī)模是數(shù)十萬個(gè)邏輯處理單元，能夠在同一時(shí)間并行運(yùn)算，根據(jù)噴塑機(jī)器人的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與特定算法，對FPGA進(jìn)行合理配置，此SOC的瞬時(shí)處理能力可相當(dāng)于臺式電腦數(shù)千倍或萬倍的計(jì)算速度。
[0042]另一關(guān)鍵技術(shù)在于機(jī)器人自適應(yīng)自學(xué)習(xí)的運(yùn)動(dòng)控制算法。通過一定次數(shù)的人工訓(xùn)練，機(jī)器人對工件的噴塑特征自動(dòng)提取，自動(dòng)提煉規(guī)律，提高了機(jī)器人的智能，對不同工件的適應(yīng)度會大幅提尚。
[0043]另一關(guān)鍵技術(shù)，同時(shí)打破了國外機(jī)器人協(xié)議與接口不完全開放的技術(shù)壟斷壁皇。本發(fā)明實(shí)施例的通信協(xié)議與接口將完全對客戶對社會免費(fèi)開放。
[0044]另一關(guān)鍵技術(shù)，互聯(lián)網(wǎng)+，本實(shí)施例4中的機(jī)器人都預(yù)留橫向聯(lián)網(wǎng)，集群控制數(shù)據(jù)接口與硬件接口。同時(shí)機(jī)器人都自帶PRS模塊，實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)橫向聯(lián)網(wǎng)。功能主要有四點(diǎn):a維護(hù)，提醒客戶易損件壽命即將到期，提醒檢修或保養(yǎng)的時(shí)間。b遠(yuǎn)程協(xié)助，機(jī)器人故障時(shí)，或遇不明情況時(shí)，按動(dòng)機(jī)器人上的求助按鈕，遠(yuǎn)程本發(fā)明實(shí)施例服務(wù)器將命令故障的機(jī)器人上傳工作諸元參數(shù)，必要時(shí)可調(diào)用攝像頭拍攝的現(xiàn)場圖像。本發(fā)明實(shí)施例技術(shù)維護(hù)人員可通過手機(jī)等終端遠(yuǎn)程解決問題。c遠(yuǎn)程升級，本發(fā)明實(shí)施例會持續(xù)提升產(chǎn)品潛能，軟件可以遠(yuǎn)程自動(dòng)升級，避免機(jī)器人機(jī)械本體返廠運(yùn)輸。減少維護(hù)人員工作量。d大數(shù)據(jù)，客戶使用情況的數(shù)據(jù)采集、分析、預(yù)測。指示市場動(dòng)向，進(jìn)而指導(dǎo)研發(fā)方向。
[0045]實(shí)施例3的技術(shù)參數(shù)與技術(shù)指標(biāo):
[0046]噴塑機(jī)器人采用防爆電機(jī)與相應(yīng)器件，符合國家行業(yè)規(guī)定的粉末環(huán)境下的防爆等級。
[0047]噴塑機(jī)器人具有5個(gè)自由度，能夠滿足噴塑運(yùn)動(dòng)的自由度。
[0048]噴塑機(jī)器人末端噴槍口移動(dòng)速度0.5-1.5m/s。
[0049]觸摸屏人機(jī)交互界面。
[0050]手動(dòng)微調(diào)旋鈕。用于人工手動(dòng)設(shè)定參數(shù)。
[0051]顯示:故障報(bào)警指示燈。工況欠料或卡位指示燈。
[0052]具備手機(jī)無線網(wǎng)絡(luò)通信模塊接口。
[0053]噴塑機(jī)器人本體能移動(dòng)，具備人工補(bǔ)位能力。
[0054]室內(nèi)工作環(huán)境。注意夏季潮濕天氣，無凝露，無淋水。-15°C-50°C。
[0055]工作電源:AC380V，50Hz。
[0056]安裝場地要求。室內(nèi)，平整水泥地面，預(yù)埋數(shù)個(gè)地錨栓，螺母連接。
[0057]使用壽命。每天24小時(shí)工作，全年無休，5年。
[0058]整機(jī)重量，小于500Kg。
[0059]實(shí)施例4:待噴塑的工件人工鉤在懸掛傳送鏈上，噴塑系統(tǒng)，通過機(jī)器視覺自動(dòng)判斷待噴的工件形狀，據(jù)此生成噴塑的三維路徑規(guī)劃，控制5軸噴塑機(jī)器人按規(guī)劃好的路徑運(yùn)行，機(jī)器人末端安裝的噴槍噴出帶正靜電的塑粉，工件帶負(fù)電。正負(fù)電荷吸引原理，導(dǎo)致塑粉被吸附在工件上，傳送鏈將噴上塑粉的零件帶動(dòng)到高溫加熱區(qū)，高溫下塑粉融化在工件上，自然冷卻后人工摘下零件。完成工件噴塑工作。
[0060]主要分為機(jī)器視覺子系統(tǒng)、焊接機(jī)器人本體子系統(tǒng)、計(jì)算與控制子系統(tǒng)、安裝機(jī)架等部分。
[0061]機(jī)器視覺子系統(tǒng)，包括紅外激光發(fā)射裝置、光編碼產(chǎn)生裝置、紅外線攝像頭、RGB攝像頭、視覺處理計(jì)算電路、視覺處理算法。
[0062]焊接機(jī)器人本體子系統(tǒng)，包括伺服電機(jī)、諧波減速器、絲杠螺母導(dǎo)軌、直線導(dǎo)軌、安全限位傳感器、掛噴槍裝置、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器等。
[0063]計(jì)算與控制子系統(tǒng)，包括專用處理計(jì)算與控制主板、無線模塊等。
[0064]安裝機(jī)架，牢固支撐上述結(jié)構(gòu)，在機(jī)器人工作時(shí)，高速運(yùn)動(dòng)的手臂不會引起機(jī)架振動(dòng)。具有接近開關(guān)限位、機(jī)械限位等額外保護(hù)措施，在極端故障情況下，也能保證機(jī)器人故障不會過度蔓延。機(jī)器人在故障時(shí)。
[0065]實(shí)施例5:噴塑機(jī)器人的機(jī)器視覺系統(tǒng)、5軸機(jī)器人本體、計(jì)算與控制子系統(tǒng)都在本發(fā)明實(shí)施例內(nèi)部生產(chǎn)組裝調(diào)試完成，與客戶溝通后，現(xiàn)場考察后，再根據(jù)客戶具體情況設(shè)計(jì)機(jī)架，生產(chǎn)后到現(xiàn)場安裝調(diào)試后，再將視覺系統(tǒng)、5軸機(jī)器人本體、計(jì)算與控制系統(tǒng)架設(shè)安裝在機(jī)架上，最終系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，客戶驗(yàn)收。然后進(jìn)入投產(chǎn)與維護(hù)期。本發(fā)明的實(shí)施例5可以根據(jù)實(shí)際情況分為3個(gè)主要階段，第一階段的第一子階段實(shí)現(xiàn)機(jī)器視覺功能，包括光學(xué)硬件、電子硬件、機(jī)械結(jié)構(gòu)、核心算法。第二子階段實(shí)現(xiàn)計(jì)算與控制子系統(tǒng)，包括主控電路板設(shè)計(jì)、傳感器方案設(shè)計(jì)、通信協(xié)議設(shè)計(jì)、路徑生成算法、運(yùn)動(dòng)控制算法、整機(jī)電源系統(tǒng)。第三子階段實(shí)現(xiàn)5軸機(jī)器人本體，包括XYZ的3軸直角坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)系、旋轉(zhuǎn)與俯仰運(yùn)動(dòng)系、電機(jī)驅(qū)動(dòng)與反饋電路、傳動(dòng)與機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)等。第四子階段實(shí)現(xiàn)機(jī)架與安裝功能，根據(jù)不同的客戶現(xiàn)場情況設(shè)計(jì)不同的機(jī)架與安裝方式。
[0066]本發(fā)明能有多種不同形式的【具體實(shí)施方式】，上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作舉例說明，這并不意味著本發(fā)明所應(yīng)用的具體實(shí)例只能局限在實(shí)施例結(jié)構(gòu)或特定的方法中，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，上文所提供的具體實(shí)施方案只是多種優(yōu)選用法中的一些示例，任何的實(shí)施方式均應(yīng)在本發(fā)明技術(shù)方案所要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
[0067]本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解:實(shí)現(xiàn)上述方法實(shí)施例的全部或部分步驟可以通過程序指令相關(guān)的硬件和軟件來完成。
[0068]最后應(yīng)說明的是:以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，
[0069]盡管參照前述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0070]有益效果:無需人工干涉，即可自動(dòng)識別零件外形，自動(dòng)噴涂。替代了噴涂工人在高粉塵或有害氣體環(huán)境中的工作，噴涂質(zhì)量高，塑粉利用率高，并有著環(huán)保、柔性、健康、安全的有益效果。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于立體視覺的噴塑機(jī)器人，其特征在于:包括圖像獲取和處理裝置，計(jì)算與控制平臺，機(jī)器人和噴槍裝置； 所述圖像獲取和處理裝置包括激光散斑陣列發(fā)射，立體視覺攝像頭，深度信息生成裝置，立體視覺處理裝置； 所述計(jì)算與控制平臺包括工件三維立體模型融合裝置，噴塑路徑與法矢量生成裝置，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制層，人機(jī)輸入輸出接口，噴粉參數(shù)控制裝置，局域網(wǎng)，遠(yuǎn)程無線網(wǎng)接口 ； 所述機(jī)器人和噴槍裝置包括噴槍，多自由度機(jī)器人和機(jī)器人驅(qū)動(dòng)層； 其中所述圖像獲取和處理裝置中的所述激光散斑陣列首先發(fā)射通過激光二極管發(fā)射出激光，經(jīng)過光學(xué)鏡片變換后，投射到工件上，形成帶深度編碼信息的激光散斑圖，所述立體視覺攝像頭拍攝激光散斑圖，通過所述深度信息生成裝置計(jì)算出工件的深度信息，深度信息即工件上各點(diǎn)距離攝像頭的距離，立體視覺處理裝置根據(jù)所述工件的深度信息的集合就可推出工件三維立體形狀，進(jìn)而生成工件的三維立體建模，并發(fā)送給計(jì)算與控制平臺中的所述工件三維立體模型融合裝置； 所述工件三維立體模型融合裝置將得到的所述工件的三維立體建模進(jìn)行融合計(jì)算并發(fā)送給所述機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制層;其方法步驟是:首先對所述立體視覺處理裝置生成的所述工件的三維立體建模進(jìn)行立體建模，并生成噴塑路徑與法矢量;將生成的所述噴塑路徑和多自由度機(jī)器人機(jī)器人的末端和噴槍的槍口的運(yùn)行軌跡，生成的所述法矢量及所述噴槍的槍口的指向這些信息送到機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制層，生成所述多自由度機(jī)器人各關(guān)節(jié)的電機(jī)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)(例如電機(jī)的轉(zhuǎn)速與方向)，再將這些運(yùn)動(dòng)參數(shù)送到機(jī)器人運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)層，生成驅(qū)動(dòng)電壓電流等參數(shù)，并把生成的所述驅(qū)動(dòng)電壓電流等參數(shù)送給所述多自由度機(jī)器人中的各關(guān)節(jié)的電機(jī)，通過所述多自由度機(jī)器人中的各關(guān)節(jié)的電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，所述多自由度機(jī)器人機(jī)器人整體表現(xiàn)為按生成的所述噴塑路徑與法矢量進(jìn)行運(yùn)動(dòng)； 所述計(jì)算與控制平臺中所述人機(jī)輸入輸出接口與人機(jī)交互界面相連，噴粉參數(shù)控制裝置與儲粉器、高壓氣路、噴粉機(jī)構(gòu)相連，所述計(jì)算與控制平臺中所述局域網(wǎng)與廠級集群監(jiān)控室相連，通過所述廠級集群監(jiān)控室，可以知道當(dāng)前的多自由度機(jī)器人是否運(yùn)行正常，生成速度，維護(hù)周期，易損件的剩余工作壽命等;遠(yuǎn)程無線網(wǎng)接口與公司遠(yuǎn)程服務(wù)器相連，由所述公司遠(yuǎn)程服務(wù)器提供數(shù)據(jù)服務(wù)，所述公司遠(yuǎn)程服務(wù)器產(chǎn)生相應(yīng)的作用為:軟件自動(dòng)升級，發(fā)生故障時(shí)的遠(yuǎn)程維護(hù)，授權(quán)的客戶行為統(tǒng)計(jì)等； 所述機(jī)器人和噴槍裝置中所述機(jī)器人驅(qū)動(dòng)層與所述計(jì)算與控制平臺中所述工件三維立體模型融合裝置相連，由所述工件三維立體模型融合裝置為所述機(jī)器人驅(qū)動(dòng)層提供三維立體建模，所述機(jī)器人驅(qū)動(dòng)層與所述多自由度機(jī)器人相連，給多自由度機(jī)器人提供底層驅(qū)動(dòng);并由所述多自由度機(jī)器人操給所述噴槍進(jìn)行法矢量運(yùn)動(dòng)進(jìn)行噴塑，即生成所述噴槍的運(yùn)動(dòng)路徑與姿態(tài)，控制所述多自由度機(jī)器人按生成的所述路徑與姿態(tài)進(jìn)行運(yùn)行，所述噴槍噴出帶靜電塑粉，完成噴塑粉工作。2.—種基于立體視覺的噴塑機(jī)器人的工作方法，其特征在于: 包括對工件進(jìn)行圖像獲取和處理的方法，然后進(jìn)行計(jì)算與控制的方法，通過計(jì)算與控制的方法使用機(jī)器人和噴槍裝置對工件進(jìn)行操作； 所述圖像獲取和處理的方法包括激光散斑陣列發(fā)射的方法，立體視覺攝像的方法，立體視覺處理的方法，深度信息生成的方法； 所述計(jì)算與控制的方法包括工件三維立體模型融合的方法，噴塑路徑與法矢量生成的方法，以及還包括有機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制層，人機(jī)輸入輸出接口，噴粉參數(shù)控制裝置，局域網(wǎng)，遠(yuǎn)程無線網(wǎng)接口； 所述機(jī)器人和噴槍裝置包括噴槍，多自由度機(jī)器人和機(jī)器人驅(qū)動(dòng)層； 其中圖像獲取和處理的方法中的所述激光散斑陣列發(fā)射的方法首先通過激光二極管發(fā)射出激光，經(jīng)過光學(xué)鏡片變換后，投射到工件上，形成帶深度編碼信息的激光散斑圖，所述立體視覺攝像的方法把這些激光散斑圖進(jìn)行拍攝，然后進(jìn)行深度信息生成的方法，深度信息即工件上各點(diǎn)距離攝像頭的距離，立體視覺處理的方法根據(jù)所述工件的深度信息的集合就可計(jì)算出工件三維立體形狀，進(jìn)而生成工件的三維立體建模;把生成的所術(shù)工件的三維立體建模發(fā)送給所述計(jì)算與控制的方法進(jìn)行操作； 所述計(jì)算與控制的方法包括工件所述三維立體模型融合的方法;所述三維立體模型融合的方法將得到的所述工件的三維立體建模進(jìn)行融合計(jì)算并發(fā)送給所述機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制層；其方法步驟是:所述工件的三維立體建模先立體建模，并生成噴塑路徑與法矢量;將生成的所述噴塑路徑和多自由度機(jī)器人機(jī)器人的末端和噴槍的槍口的運(yùn)行軌跡，生成的所述法矢量及所述噴槍的槍口的指向等信息送到機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制層，生成所述多自由度機(jī)器人各關(guān)節(jié)的電機(jī)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)(例如電機(jī)的轉(zhuǎn)速與方向)，再將這些運(yùn)動(dòng)參數(shù)送到機(jī)器人運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)層，生成驅(qū)動(dòng)電壓電流等參數(shù)，并把生成的所述驅(qū)動(dòng)電壓電流等參數(shù)送給所述多自由度機(jī)器人中的各關(guān)節(jié)的電機(jī)，通過所述多自由度機(jī)器人中的各關(guān)節(jié)的電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，所述多自由度機(jī)器人機(jī)器人整體表現(xiàn)為按生成的所述噴塑路徑與法矢量進(jìn)行運(yùn)動(dòng)； 所述計(jì)算與控制的方法中所述人機(jī)輸入輸出接口與人機(jī)交互界面相連，所述噴粉參數(shù)控制裝置與儲粉器、高壓氣路、噴粉機(jī)構(gòu)相連，所述計(jì)算與控制的方法還要通過所述局域網(wǎng)與廠級集群監(jiān)控室相連，通過所述廠級集群監(jiān)控室，可以知道當(dāng)前的多自由度機(jī)器人是否運(yùn)行正常，生成速度，維護(hù)周期，易損件的剩余工作壽命等;所述遠(yuǎn)程無線網(wǎng)接口與公司遠(yuǎn)程服務(wù)器相連，由所述公司遠(yuǎn)程服務(wù)器提供數(shù)據(jù)服務(wù)，所述公司遠(yuǎn)程服務(wù)器產(chǎn)生相應(yīng)的作用為:軟件自動(dòng)升級，發(fā)生故障時(shí)的遠(yuǎn)程維護(hù)，授權(quán)的客戶行為統(tǒng)計(jì)等； 所述機(jī)器人和噴槍裝置由所述機(jī)器人驅(qū)動(dòng)層通過所述計(jì)算與控制的方法中的所述工件三維立體模型融合的方法進(jìn)行操作，由所述工件三維立體模型融合的方法為所述機(jī)器人驅(qū)動(dòng)層提供三維立體建模，所述機(jī)器人驅(qū)動(dòng)層與所述多自由度機(jī)器人相連，給所述多自由度機(jī)器人提供底層驅(qū)動(dòng)；并由所述多自由度機(jī)器人操給所述噴槍進(jìn)行法矢量運(yùn)動(dòng)進(jìn)行噴塑，即生成所述噴槍的運(yùn)動(dòng)路徑與姿態(tài)，控制所述多自由度機(jī)器人按生成的所述路徑與姿態(tài)進(jìn)行運(yùn)行，所述噴槍噴出帶靜電塑粉，完成噴塑粉工作。
【文檔編號】B25J11/00GK106003076SQ201610451194
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月22日
【發(fā)明人】肖占春, 項(xiàng)書畫, 朱洪乾
【申請人】潘小勝