專利名稱：復(fù)雜曲面上的噴涂機(jī)器人噴槍軌跡優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及噴涂機(jī)器人噴槍軌跡自動優(yōu)化方法，是一種針對表面為復(fù)雜曲面的工件進(jìn)行 噴涂作業(yè)時的機(jī)器人離線編程方法。
技術(shù)背景噴涂機(jī)器人的噴涂效果與物體表面形狀、噴槍參數(shù)等諸多因素有關(guān)。對于諸如汽車、電 器及家具等產(chǎn)品，其表面的噴涂效果對質(zhì)量有相當(dāng)大的影響。在自動噴涂操作中，噴涂機(jī)器人的機(jī)械手圍繞待涂工件表面來回移動，適當(dāng)?shù)能壽E和其它過程參數(shù)的選擇都能使生產(chǎn)成本 得到節(jié)約，同時也可相應(yīng)地減少排放到噴涂車間環(huán)境中的涂料總量，減輕環(huán)境污染。噴涂機(jī)器人離線編程系統(tǒng)主要由機(jī)器人噴槍軌跡優(yōu)化模塊、機(jī)器人運動軌跡生成模塊、 機(jī)器人程序生成模塊等構(gòu)成，其中機(jī)器人運動軌跡生成模塊和機(jī)器人，呈序生成模塊基本屬于 一般工業(yè)機(jī)器人離線編程系統(tǒng)中的常規(guī)模塊，而噴涂機(jī)器人噴槍軌跡優(yōu)化模塊的設(shè)計是其離 線編程法中的關(guān)鍵技術(shù)。近年來，隨著噴涂機(jī)器人的廣泛應(yīng)用，噴涂機(jī)器人噴槍軌跡優(yōu)化方法及其離線編程技術(shù) 已經(jīng)得到了長足發(fā)展，機(jī)器人噴涂也基本上能滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要。然而在噴涂汽車、飛機(jī)、 船舶等大型產(chǎn)品時，會遇到許多大面積的復(fù)雜曲面，對此通常采取的方法是對曲面進(jìn)行分片， 但復(fù)雜曲面的分片與優(yōu)化組合策略以及片與片交界處的軌跡優(yōu)化問題至今還沒有得到有效 的解決，從而造成機(jī)器人運動難度加大、噴涂效率降低及片與片的交界處涂層厚度不勻等問 題。因此，在實際生產(chǎn)中噴涂大型產(chǎn)品時，產(chǎn)品外觀質(zhì)量不能得到進(jìn)一步提升，而且不能實 現(xiàn)復(fù)雜、多片曲面上的全自動噴涂。例如在機(jī)器人噴涂汽車車身的主要部分后仍需人工進(jìn)行 補充噴涂，費時、費力、費料，且工人仍處于有害環(huán)境中。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明為了解決上述問題，目的在于提供一種專門的針對復(fù)雜曲面的噴涂機(jī)器人噴槍軌 跡優(yōu)化方法，以提高復(fù)雜曲面上的機(jī)器人噴涂效果和噴涂效率，滿足實際工業(yè)生產(chǎn)的需要。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是包括先對曲面進(jìn)行分片，將每片近似看成 平面，再運用平面上的噴槍軌跡優(yōu)化方法進(jìn)行每片上的軌跡設(shè)計，還依次包括如下步驟(1) 運用試驗方法設(shè)計一個涂層累積模型；(2) 在對曲面進(jìn)行分片后，以曲面上離散點的涂層厚度與理想涂層厚度的方差為目標(biāo) 函數(shù)，優(yōu)化兩個噴涂行程的涂層重疊區(qū)域?qū)挾萪以及噴槍速度v，實現(xiàn)每一片上的噴槍軌跡 的優(yōu)化；(3) 根據(jù)噴槍軌跡和片與片之間交界處的位置關(guān)系，分平行-平行、平行-垂直、垂直-垂直三種情況進(jìn)行討論；當(dāng)噴槍軌跡垂直于交界線時，采用對軌跡分段的方法計算交界處不 同位置的離散點的實際涂層厚度，并以離散點的實際涂層厚度與理想涂層厚度的方差為目標(biāo) 函數(shù)，對軌跡與交界線的距離、噴槍各段軌跡上的移動速度等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，從而使整個復(fù) 雜曲面上都能達(dá)到理想的噴涂要求；(4) 將噴槍軌跡優(yōu)化組合問題看成鄉(xiāng)村郵遞員問題(ORPP)，采用哈密爾頓圖形法表 示ORPP，用遺傳算法進(jìn)行求解；個體編碼中除了包含哈密爾頓圖頂點信息的實數(shù)編碼外， 還有表示每片上軌跡方向的二進(jìn)制編碼；在選取適應(yīng)度函數(shù)時，將最小值優(yōu)化問題轉(zhuǎn)換為最 大值優(yōu)化問題；交叉操作采用順序交叉和雙點交叉相結(jié)合的方法，順序交叉操作中為了能生 成性能更加優(yōu)良的后代，先在種群中隨機(jī)選取五對個體，再選擇其中適應(yīng)度值最高的一對個 體作為父代進(jìn)行順序交叉操作；變異操作采用倒位變異和基本變異相結(jié)合的方法，實現(xiàn)對問 題空間的全局尋優(yōu)。本發(fā)明具有很強的實用性，能夠提供對表面為復(fù)雜曲面的工件的機(jī)器人自動噴涂方法， 可提高噴涂機(jī)器人工作效率，保證了噴涂質(zhì)量且節(jié)約涂料。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。 圖1是本發(fā)明的涂層空間分布模型； 圖2是圖1的涂層累積速率函數(shù)圖； 圖3是平面上的噴涂示意圖；圖4是噴槍軌跡相對于邊界線的位置關(guān)系示意圖； 圖5是噴槍軌跡為平行-平行時示意圖； 圖6是噴槍軌跡為平行-垂直時示意圖； 圖7是不同片上的噴槍軌跡組合示意圖； 圖8是原始圖轉(zhuǎn)變?yōu)楣軤栴D圖。
具體實施方式
本發(fā)明方法是先對復(fù)雜曲面進(jìn)行分片，并將每片近似看成平面，運用平面上的噴槍軌 跡優(yōu)化方法進(jìn)行每片上的軌跡設(shè)計；根據(jù)兩片交界線與交界處軌跡的相對位置關(guān)系，分情況 討論交界處的噴槍軌跡優(yōu)化，釆用噴槍軌跡分段的方法對交界處軌跡進(jìn)行優(yōu)化；釆用改進(jìn)的 遺傳算法對每片上的噴槍軌跡進(jìn)行優(yōu)化組合，實現(xiàn)大面積復(fù)雜曲面上的噴槍軌跡優(yōu)化。如圖1 3所示，為了提高計算機(jī)運算效率，本發(fā)明運用試驗方法先設(shè)計了一個簡單的 涂層累積模型。在對曲面進(jìn)行分片后，以曲面上離散點的涂層厚度與理想涂層厚度的方差為目標(biāo)函數(shù)，優(yōu)化兩個噴涂行程的涂層重疊區(qū)域?qū)挾萪以及噴槍速度v，實現(xiàn)每一片上的噴槍 軌跡的優(yōu)化。再根據(jù)噴槍軌跡和片與片之間交界處的位置關(guān)系，如圖4 7所示，分平行-平 行、平行-垂直、垂直-垂直三種情況進(jìn)行討論；當(dāng)噴槍軌跡垂直于交界線時，采用對軌跡分 段的方法計算交界處不同位置的離散點的實際涂層厚度，并以離散點的實際涂層厚度與理想 涂層厚度的方差為目標(biāo)函數(shù)，對軌跡與交界線的距離、噴槍各段軌跡上的移動速度等參數(shù)進(jìn) 行優(yōu)化，從而使整個復(fù)雜曲面上都能達(dá)到理想的噴涂要求。這樣就可以使得復(fù)雜曲面上每一 部分都能達(dá)到所期望的涂層厚度，完全保證了噴涂質(zhì)量，且節(jié)約了涂料。
在完成對片與片交界部分噴槍軌跡優(yōu)化后，如圖8所示，將整個曲面上的噴涂機(jī)器人 噴槍軌跡優(yōu)化組合問題看成鄉(xiāng)村郵遞員問題(ORPP)，并采用哈密爾頓圖形法表示ORPP; 用改進(jìn)的遺傳算法進(jìn)行求解。個體編碼中除了包含哈密爾頓圖頂點信息的實數(shù)編碼外，還有 表示每片上軌跡方向的二進(jìn)制編碼；在選取適應(yīng)度函數(shù)時，將最小值優(yōu)化問題轉(zhuǎn)換為最大值 優(yōu)化問題；交叉操作采用順序交叉(OX)和雙點交叉相結(jié)合的方法，順序交叉(OX)操作 中為了能生成性能更加優(yōu)良的后代，先在種群中隨機(jī)選取五對個體，再選擇其中適應(yīng)度值最 高的一對個體作為父代進(jìn)行順序交叉(OX)操作；變異操作采用倒位變異和基本變異相結(jié) 合的方法，實現(xiàn)對問題空間的全局尋優(yōu)，在滿足噴涂效果的前提下，最大限度地提高了機(jī)器 人噴涂效率。本發(fā)明具體實施步驟由曲面分片、 一種簡單的涂層累積模型設(shè)計、每片上的噴槍軌跡優(yōu) 化、兩片交界處的噴槍軌跡優(yōu)化、噴槍軌跡優(yōu)化組合五部分組成，對這五部分分別說明如下1、 曲面分片首先對復(fù)雜曲面進(jìn)行三角網(wǎng)格劃分，再按照相鄰三角片(面)之間的連接規(guī)則生成若干 較大的片，并保證每個片為單連通區(qū)域且可近似看為一個平面，各個三角面連接成片的步驟如下① 先指定一個最大偏離角，再指定任意一個三角面為初始三角面。② 計算初始三角面周圍所有三角面的法向量與初始三角面法向量的夾角，如果夾角小 于最大偏離角，則將該三角面與初始三角面連接成片。③ 尋找尚未連接成片的三角面作為新的初始三角面，重復(fù)上述第②步，直到所有三角 面都連接成片。2、 一種簡單的涂層累積模型設(shè)計設(shè)噴槍噴出的涂料流形狀是圓錐體，其平面上的涂料空間分布模型如圖1所示。0為圓 錐張角，/z為噴槍到平面的距離，i 為平面上的噴涂半徑，r是平面上一點Q離噴槍中心投影點的距離，6是Q點和噴槍的連線與噴槍中軸線的夾角。平面上涂層累積速率G表達(dá)式為用中，噴槍離工件表面的距離一般保持不變，則G只與r有關(guān)G=/(》。 此時G與r的函數(shù)圖形可以近似看成拋物線，如圖2?？蛇M(jìn)行平面上的噴涂試驗，并測取平 面上采樣點的涂層累積速率數(shù)據(jù)后，即可得到G的表達(dá)式/W=A0 2- ,),A為常數(shù)。 3、每片上的噴槍軌跡優(yōu)化如圖3所示是平面上的噴涂過程，x表示噴涂半徑內(nèi)某一點s到第一條軌跡的距離，s' 為s點在軌跡上的投影，d表示兩個噴涂行程的涂層重疊區(qū)域?qū)挾?，v表示噴槍速度，O點為噴槍中心投影點，則點^的涂層厚度為 ，仏.(x)二j^(x) +《2(x) i —<i<x《i (1) ^ (x)和^ (x)分別表示兩條相鄰軌跡上噴涂時s點的涂層厚度，9l (x)和《2 (;c)計算公式為《(x)^2《'/(。)^ ， 0Sx^i ; g2(x) = 2Jj2/02)^， i -d^jc^2i —(2)其中， ^ =Vi 2_X2 /V; f2 "^2-(2^-d-X)2 /vh和/2分別表示兩條相鄰噴涂軌跡上噴槍在s點噴涂時間的一半；n和^分別表示s點到兩 條相鄰噴涂軌跡上的噴槍中心投影點的距離；,為噴槍從點O運動到點y的時間。由(2)式 可得仏(x乂v)-JXx^)"，其中/為x和d的函數(shù)。為了使工件表面涂層厚度盡可能均勻， 取S點的實際涂層厚度與理想涂層厚度之間的方差為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)min ￡(<i,v)= —仏(x乂v))血 (3)鄉(xiāng)，w]，v 乂《b "、式中W為理想涂層厚度?？刹捎命S金分割法求出d和v的優(yōu)化值，從而可得到每一片上的優(yōu)化軌跡。4、兩片交界處的噴槍軌跡優(yōu)化曲面分片后，每片上優(yōu)化后的t/值和噴槍速率v值都應(yīng)保持不變，但為了保證兩片交 界處涂層厚度的均勻性，接近交界線的噴槍速率v就可能需要優(yōu)化。圖4是兩片交界處噴槍 空間軌跡相對于交界線的三種位置關(guān)系平行-平行(PA-PA， parallel-parallel);平行-垂直 (PA-PE， parallel-perpendicular);垂直-垂直(PE-PE， perpendicular-perpendicular)。下面將 分別說明基于這三種情況的兩片交界處的噴槍軌跡優(yōu)化。圖5所示的是軌跡為PA-PA的情況。此時，交界處的噴槍速率v不變。由于兩片上的軌 跡關(guān)于交界線對稱，故兩條軌跡與交界線的距離相等。設(shè)兩個片夾角為a，軌跡與交界線的(4)距離為/2，則兩片交界處某一點S的涂層厚度為f仏(x,/z) + 92 (x os a O^x^/z ' L仏(x， a) cos o: +《2 (x, a)/j < x S 2/z圖6所示的是軌跡為PA-PE的情況。此時，PA端噴槍速率v不變，而PE端噴槍速率 需進(jìn)行優(yōu)化，這里采用軌跡分段的方法來優(yōu)化每一段上的噴槍速率。圖中以黑框區(qū)域為例， 交界處其它區(qū)域的涂層厚度由對稱性可類似得到。將？￡端軌跡分為9段，分別為？1、？2... 9， 每段長度為d。， P2、 P5、 P8各自再分為/十l段，對應(yīng)的噴槍速率分別為v。， ...， v,; Pl、 P6、 P7各自再分為A段，對應(yīng)的噴槍速率分別為v,+1， ...， v,w。圖中以P3端點和P4端點的連 線為X軸，以PE端相鄰軌跡連線的中垂線為Y軸建立直角坐標(biāo)系。 噴槍在Pl、 P6和P7段噴涂后點s (xj)的涂層厚度為/("必，/e[/+l，f+ ， /ez (5)1 r^(")2/t 2i其中'^=v(z+z。)2+w。_y)2Pl: Z0=^ + X; P6: Z0="-X; P7: Z。 = X 在P2、 P5和P8段噴涂后點S Oc,y)的涂層厚度為^2,5,8 "凡力=丄虎。
" E ，戶z(6)其中，y = ^(x + x0)2+O —力2P2: JC0=，； P5:a0 —■ ^"~P8:在P3、 P4和P9段噴涂后點s (x，y)的涂層厚度為: 1 r"其中，H(X + Xo)2+(Z-"i )2Y — 3(2W-rf) a0 — ^(7)P3: X。二甲；P4:X。P9:x0 = ■式中V表示平面上的噴槍優(yōu)化速率。噴槍沿軌跡1噴涂后點S的涂層厚度為:仏0,力=S ^，mO,少，力+ I^尸2,5,80,少,力+ ^3，4,90,力噴槍沿軌跡2噴涂后的點S上涂層厚度為(8)《2 00 =2 ^力/(^+力2式中力中表示點^到軌跡2的距離。點S上涂層厚度為:(9)《(x,y) = <j (10) l仏(x,力cos a + g2 + rf。) < y S+ ^ + d0)再由(3)式，則噴槍軌跡優(yōu)化問題可表示為min￡=J) J) 《o,力)辦血這是個多決策變量的優(yōu)化問題，變量為^ 、 &、 .....V,+yt。可使用模式搜索法進(jìn)行求解，算法步驟如下-stepl選取初始點xQ=(0,...0)T，初始步長^=1，給定收縮因子0=0.25,給定允許誤差e=0.1,令線 step2確定參考點，令尸a，戶l;step3從點少出發(fā)，沿《(/=1,2,...,")作正軸向探測若五(;v+^ej)〈五(y)，令；^y+^te」，轉(zhuǎn)step5，否則轉(zhuǎn)step4; step4從點y出發(fā)，進(jìn)行ej負(fù)向軸探測，若￡ (, ^ej) <￡(y)，令；;^y-c^ej; step5若y'〈n，令_/=/+1,返回step3,否則令x;t+i^y，轉(zhuǎn)step6;step6若五(xw)〈5(a)，從點Xim出發(fā)沿加速方向Xfc+廣;^作模式移動，令嚴(yán)2xw力，&+i="， h"ljM，返回dtep3，否則轉(zhuǎn)step7; step7若^<￡,迭代終止，輸出近似最優(yōu)解、否則轉(zhuǎn)step8;step8若^+尸^t，令( h產(chǎn)a 卜A;+1'返回step2，否則令；^+1=;^， "+產(chǎn)&，卜A:+1， 返回step2。軌跡為PE-PE情況時，由對稱性可知兩個片上的軌跡到交界線的距離均為/2，交界處某 一點涂層厚度計算可仿照PA-PE情況中PE端計算方法，即對軌跡進(jìn)行分段，再優(yōu)化/z以及 每一段上的噴槍速率，求解時同樣可使用模式搜索法。5、噴槍軌跡優(yōu)化組合復(fù)雜曲面分片后每片上的噴槍軌跡組合如圖7所示。為簡化問題，圖中將每一片上的軌 跡看成是一條邊。噴槍軌跡組合問題的實質(zhì)就是噴槍依照怎樣的順序噴涂每一片，使得噴槍 經(jīng)過的軌跡最短。因此，可將噴槍軌跡組合問題看成鄉(xiāng)村郵遞員問題(Rural Postman Problem, 簡稱RPP)。按照圖論原理，假設(shè)一個無方向的連接圖G (F,五,i , co 其中K表示頂 點集，五表示邊集，i 表示五的任意一個子集，"表示邊的權(quán)(實際噴槍軌跡的長度)。RPP 問題就是在圖7中求出一條經(jīng)過所有邊且只經(jīng)過一次的具有最短距離的回路。由于噴涂機(jī)器 人噴槍軌跡組合不需要形成回路，故可將噴槍軌跡組合問題定義為ORPP (Open-RPP)問題。設(shè)2>{^} (&'=1,2,...，")是由圖7中不在同一條邊上的頂點/和頂點j'之間的最短距離所 組成的集合，而各個頂點間的距離可使用Floyd算法算出。為使問題進(jìn)一步簡化，采用哈密爾頓圖形法表示ORPP問題。如圖8所示，用一個頂點代表原始圖7中的一條邊，從而形成 一個完整的哈密爾頓圖g(F",H,"H)，其中F"表示頂點集，五H表示邊集，"H表示邊的 權(quán)且"Hei)。圖7中，每條邊的權(quán)值是不固定的，其值由原始圖7中同一條邊上的頂點的排列順序決定。設(shè)對于圖7中頂點集^={^力......w的一個排列順序為r="/2……")，aE (/=1,2,...,")，則ORPP問題可表示為mina = tco,+|^ (1。其中w,.表示圖g中AA......^頂點對應(yīng)的原始圖G中的邊的權(quán)值，co 表示圖g中邊的權(quán)值。由于原始圖7中的每條邊的權(quán)^在本問題中認(rèn)為是定值，故上述優(yōu)化問題可簡化為min丄=2《 (12)由此，ORPP問題就變?yōu)樵诠軤栴D圖中找到一個所有頂點的排列，使得按照這個排列噴槍 經(jīng)過的軌跡丄最短。由于噴涂機(jī)器人噴槍軌跡組合問題自身的特點，應(yīng)用遺傳算法時，需要特殊的個體編碼 及交叉、變異等遺傳操作方法。(1) 個體編碼個體編碼的長度為I戶l 。由于在哈密爾頓圖中每個頂點表示原始圖7中的一條邊，為了區(qū)分每條邊的起點和終點(即曲面每片上噴槍軌跡的起點和終點)，個 體編碼中除了包含頂點信息的實數(shù)編碼A外，還要有表示原始圖7中的每條邊方向的二進(jìn) 制編碼A,。例如，當(dāng)I =7時，隨機(jī)產(chǎn)生的一個個體的編碼為尸,3125746A產(chǎn)0010110。 其中A,中l(wèi)值表示與初始設(shè)定的邊的方向相同，O值表示與初始設(shè)定的邊的方向相反。(2) 適應(yīng)度函數(shù)適應(yīng)度函數(shù)值用來決定哪些個體允許進(jìn)入下一輪進(jìn)化，哪些需要從 種群中剔除。為了便于在遺傳算法中進(jìn)行選擇操作， 一般將最小值優(yōu)化問題轉(zhuǎn)換為最大值優(yōu)化問題，可以將適應(yīng)度函數(shù)取為F=t/-Z，其中f/應(yīng)該選擇一個合適的數(shù)，使得所有個體的適應(yīng)度為正值。在群體進(jìn)化過程中，為了選擇出適應(yīng)度高的個體，種群規(guī)模保持為定值尸,&， 在每一代種群運算之前先對種群中的所有個體按照其適應(yīng)度大小進(jìn)行降序排列，并將適應(yīng)度值最高的p,w個個體遺傳到下一代。(3) 交叉操作交叉操作是以某一概率相互交換某兩個個體之間的部分編碼，生成新個體的過程。這里對P,采用順序交叉(Order Crossover,簡稱0X)，對i^,采用雙點交叉。 OX保證了在進(jìn)行個體巡回路線的有效順序修改時各個頂點的原有排列順序基本不變，其主 要思想是先進(jìn)行常規(guī)的雙點交叉，然后進(jìn)行個體巡回路線的有效順序修改，修改時，要盡量維持各點原有的相對訪問順序。OX操作中父代個體原本是隨機(jī)選取的，但為了能生成性 能更加優(yōu)良的后代，先在種群中隨機(jī)選取五對個體，再選擇其中適應(yīng)度值最高的一對個體作 為父代進(jìn)行OX操作。雙點交叉是在個體編碼串中隨機(jī)設(shè)置兩個交叉點，然后再進(jìn)行部分基 因交換。交叉操作的一個例子如下。父代編碼Pi=3121246 Ps1=0010110， P2=6742513 尸&=1巡101;子代編碼d=3125746 C^l腿101， C7=3142576 Cy7=0101110。(4)變異操作對Pi采用倒位變異，即將個體編碼中隨機(jī)選取的兩個基因座之間的基 因逆序排列，從而產(chǎn)生一個新的個體。對Psi采用基本變異，即對個體編碼隨機(jī)挑選一個或 多個基因座，并對這些基因座的基因值取反變動。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)雜曲面上的噴涂機(jī)器人噴槍軌跡優(yōu)化方法，包括先對曲面進(jìn)行分片，將每片近似看成平面，再運用平面上的噴槍軌跡優(yōu)化方法進(jìn)行每片上的軌跡設(shè)計，其特征在于依次包括如下步驟(1)運用試驗方法設(shè)計一個涂層累積模型；(2)在對曲面進(jìn)行分片后，以曲面上離散點的涂層厚度與理想涂層厚度的方差為目標(biāo)函數(shù)，優(yōu)化兩個噴涂行程的涂層重疊區(qū)域?qū)挾萪以及噴槍速度v，實現(xiàn)每一片上的噴槍軌跡的優(yōu)化；(3)根據(jù)噴槍軌跡和片與片之間交界處的位置關(guān)系，分平行-平行、平行-垂直、垂直-垂直三種情況進(jìn)行討論；當(dāng)噴槍軌跡垂直于交界線時，采用對軌跡分段的方法計算交界處不同位置的離散點的實際涂層厚度，并以離散點的實際涂層厚度與理想涂層厚度的方差為目標(biāo)函數(shù)，對軌跡與交界線的距離、噴槍各段軌跡上的移動速度等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，使整個復(fù)雜曲面上都能達(dá)到理想的噴涂要求；(4)將噴槍軌跡優(yōu)化組合問題看成鄉(xiāng)村郵遞員問題(ORPP)，采用哈密爾頓圖形法表示ORPP，用遺傳算法進(jìn)行求解；個體編碼中除了包含哈密爾頓圖頂點信息的實數(shù)編碼外，還有表示每片上軌跡方向的二進(jìn)制編碼；在選取適應(yīng)度函數(shù)時，將最小值優(yōu)化問題轉(zhuǎn)換為最大值優(yōu)化問題；交叉操作采用順序交叉和雙點交叉相結(jié)合的方法，順序交叉操作中為了能生成性能更加優(yōu)良的后代，先在種群中隨機(jī)選取五對個體，再選擇其中適應(yīng)度值最高的一對個體作為父代進(jìn)行順序交叉操作；變異操作采用倒位變異和基本變異相結(jié)合的方法，實現(xiàn)對問題空間的全局尋優(yōu)。
2. 根據(jù)權(quán)利l所述的復(fù)雜曲面上的噴涂機(jī)器人噴槍軌跡優(yōu)化方法，其特征在于所述步驟 ,(2)中的曲面分片方法是按照相鄰三角片(面)之間的連接規(guī)則生成若干較大的片，并保 證每個片為單連通區(qū)域且可近似看為一個平面，將各個三角面連接成片的步驟如下① 先指定一個最大偏離角，再指定任意一個三角面為初始三角面；② 計算初始三角面周圍所有三角面的法向量與初始三角面法向量的夾角，如果夾角小 于最大偏離角，則將該三角面與初始三角面連接成片；③ 尋找尚未連接成片的三角面作為新的初始三角面，重復(fù)第②步，直到所有三角面都 連接成片，只要能指定適當(dāng)?shù)淖畲笃x角，即可將每個片近似看為一個平面。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種復(fù)雜曲面上的噴涂機(jī)器人噴槍軌跡優(yōu)化方法，先對復(fù)雜曲面進(jìn)行分片，并將每片近似看成平面，運用平面上的噴槍軌跡優(yōu)化方法進(jìn)行每片上的軌跡設(shè)計；再根據(jù)兩片交界線與交界處軌跡的相對位置關(guān)系，分情況討論交界處的噴槍軌跡優(yōu)化，采用噴槍軌跡分段的方法對交界處軌跡進(jìn)行優(yōu)化；將噴槍軌跡優(yōu)化組合問題看成鄉(xiāng)村郵遞員問題(ORPP)，采用哈密爾頓圖形法表示ORPP，采用改進(jìn)的遺傳算法對每片上的噴槍軌跡進(jìn)行優(yōu)化組合，實現(xiàn)大面積復(fù)雜曲面上的噴槍軌跡優(yōu)化，本發(fā)明具有很強的實用性，能夠提供對表面為復(fù)雜曲面的工件的機(jī)器人自動噴涂方法，可提高噴涂機(jī)器人工作效率，保證了噴涂質(zhì)量且節(jié)約涂料。
文檔編號B05B13/04GK101239346SQ200810020500
公開日2008年8月13日 申請日期2008年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月10日
發(fā)明者李發(fā)忠, 趙德安, 偉 陳 申請人:江蘇大學(xué)