智能汽車噴漆烤漆一體化機器人的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種智能汽車噴漆烤漆一體化機器人，包括主控工作站、激光掃描單元、CCD圖像采集處理單元、排風(fēng)除塵恒溫系統(tǒng)單元、噴漆機械手單元、噴漆自主移動小車單元、烤漆機械手單元、烤漆自主移動小車單元、無線網(wǎng)絡(luò)、電源供電系統(tǒng)單元。自主移動小車的滾輪在圓周軌道上移動，采用移動雙機械手協(xié)同的噴漆烤漆方法，采用有軌供電模式、無線網(wǎng)絡(luò)通信模式實現(xiàn)了“無人、無纜、無線”的噴烤漆智能技術(shù)；融合了激光掃描技術(shù)和圖形圖像建模技術(shù)，將汽車修理數(shù)字化；進(jìn)行局部噴漆、局部烘烤，大大提高了維修效率，節(jié)約了人力成本，降低了漆霧對人身體的傷害，真正意義的實現(xiàn)了局部汽車修理的智能無人噴漆烤漆一體化。
【專利說明】
智能汽車噴漆烤漆一體化機器人
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種通過三維激光掃描技術(shù)和圖像處理識別技術(shù)進(jìn)行汽車維修部位計算機數(shù)字化精確建模和匹配，通過對汽車局部維修部位三維矢量數(shù)據(jù)分析和邊界軌跡規(guī)劃，通過兩個分布在同一軌道上的自主移動機械手進(jìn)行噴漆、烤漆一體化的汽車局部鈑金噴漆烤漆技術(shù)，尤其涉及一種智能汽車噴漆烤漆一體化機器人。【背景技術(shù)】
[0002] 汽車行業(yè)是我國重要的支柱產(chǎn)業(yè)，特別是進(jìn)入21世紀(jì)，我國已經(jīng)成為世界汽車生產(chǎn)及消費大國。據(jù)中國汽車行業(yè)市場調(diào)查報告顯示，2001年中國汽車的產(chǎn)銷量僅為200余萬輛，但在2006年產(chǎn)銷量已雙雙突破700萬輛，工信部發(fā)布2014年全年汽車工業(yè)經(jīng)濟運行情況，數(shù)據(jù)顯示，2014年我國累計銷售汽車2349.19萬輛，同比增長6.9%，產(chǎn)銷量保持世界第一。2011年8月末，我國汽車保有量首次突破1億輛，預(yù)計到2020年，我國汽車保有量將突破2億輛。
[0003] 汽車業(yè)的繁榮發(fā)展是和近現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)進(jìn)步密不可分的。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步， 機器人技術(shù)的發(fā)展，在汽車生產(chǎn)領(lǐng)域通過機械手進(jìn)行整車噴漆的生產(chǎn)線已經(jīng)很成熟，如奔馳、寶馬、奧迪等大部分汽車生產(chǎn)廠商采用的ABB公司生產(chǎn)的噴漆機器人進(jìn)行整車和批量汽車部件的流水線噴涂。噴涂機器人相對于其他噴漆方法來說有如下優(yōu)點:第一，噴涂機器人不受車間有毒氣體的影響，因此可以在各種的生產(chǎn)條件下工作；第二，機器人進(jìn)行示教后有較高的重復(fù)定位精度，可以不厭其煩的進(jìn)行相同的動作，因此噴漆后的質(zhì)量比較穩(wěn)定可靠，可以具有較為均勻的漆膜厚度和光澤度；第三，通過機器人示教可以得到不同工件的噴漆程序，噴漆機器人可以應(yīng)用于各種噴漆領(lǐng)域，因此，尤其是在汽車制造業(yè)中噴漆機器人發(fā)揮著無可替代的作用；第四，噴漆機器人可以替代人工，大大提高噴涂效率，節(jié)約大量人力成本。[〇〇〇4]目前國外機器人噴涂技術(shù)已經(jīng)趨近成熟并處于應(yīng)用階段，以前的自動噴漆生產(chǎn)線為了快速適用市場變化都轉(zhuǎn)化為以噴涂機器人為主體的噴漆生產(chǎn)線。國外生產(chǎn)噴涂機器人的公司主要有:ABB、FANUC、YASKAWA、KAWASAKI等。以上公司生產(chǎn)的噴涂機器人在國內(nèi)應(yīng)用很廣，大部分使用在線示教的編程方式。不需要實時對整車進(jìn)行環(huán)境感知和建模，整個機械手運行軌跡通過在線試教的方式進(jìn)行重復(fù)性的程序化流水線作業(yè)，而且所噴涂的對象大部分為整車或批量汽車部件的噴涂。
[0005] 我國的噴漆機器人在工業(yè)應(yīng)用方面跟國外的水平差距還很大，主要差距表現(xiàn)在產(chǎn)品性能、技術(shù)水平、質(zhì)量、新產(chǎn)品開發(fā)等。北京機械工業(yè)自動化研究所在1991年研發(fā)出我國第一條機器人自動噴涂生產(chǎn)線，并成功的將該噴漆生產(chǎn)線應(yīng)用在東風(fēng)系列駕駛室，隨后北京機械工業(yè)自動化研究所有先后研發(fā)出了 PJ系列電液伺服噴涂機器人和EP系列電動噴漆機器人。隨后有很多大學(xué)都開發(fā)了各自的噴涂機器人樣機，但是大部分沒有應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，例如哈爾濱工業(yè)大學(xué)、上海交通大學(xué)等。因此，我國的噴涂機器人處在初步階段，許多關(guān)鍵問題和技術(shù)需要逐步去解決和完善。目前示教在線編程是機器人編程技術(shù)的主要方法，而噴涂機器人對于離線編程技術(shù)的研究，大部分利用國外的技術(shù)對噴槍路徑規(guī)劃技術(shù)進(jìn)行研究以及對噴槍建模建立的研究。湖北汽車學(xué)院結(jié)合東風(fēng)汽車公司的噴涂生產(chǎn)線研究了機器人控制系統(tǒng)及涂裝線上零件的識別技術(shù)，對于噴漆機器人與自動化的噴涂生產(chǎn)線研究來說，機械工業(yè)自動化研究所在這方面進(jìn)行了深刻的研究并取得了一定的成果。但是在中國關(guān)于噴涂機器人適應(yīng)小批量生產(chǎn)和柔性制造方面研究尚處于起步階段。
[0006]汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來了汽車維修維護(hù)產(chǎn)業(yè)的繁榮，全國的4S店雨后春筍般的發(fā)展，主要為后期的汽車維護(hù)保養(yǎng)維修提供保障，同時各種私營的規(guī)模較小的汽車修理店面也占有較大的市場，由于4S店的維護(hù)成本較高，使得保修期過后的車主漸漸的離開4S店保養(yǎng)維修車輛，選擇成本較低，服務(wù)較好，有一定質(zhì)量保證的汽修門店進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)和維修。 汽車維護(hù)修理除了機修、保養(yǎng)、裝飾美容外，汽車剮蹭導(dǎo)致的鈑金噴漆的修理在汽車修理中占有很大比重，這種局部鈑金噴漆修理和汽車生產(chǎn)廠家的噴漆有著不同的處理方式，汽車生產(chǎn)廠家的鈑金噴漆屬于整車噴漆，屬于流水線作業(yè)，可以通過機械手等自動化生產(chǎn)線進(jìn)行快速批量處理，而且每種型號的汽車采用同一種噴漆烤漆處理程序，這種噴漆烤漆處理程序可以通過機械手的精確噴漆軌跡保證噴漆效果非常好，但是在我們?nèi)粘５拟k金噴漆維修過程中，無論是大品牌的4S店還是較小的汽車修理門店均是采用人工進(jìn)行噴漆，烤漆可以通過專用的烤漆房對已經(jīng)噴漆后的汽車進(jìn)行專門烘烤。這種通過人工噴漆進(jìn)行鈑金修理的方法主要是由于大部分車輛是局部剮蹭，進(jìn)行的是局部修理，因此目前還沒有自動化的修理方案。
[0007]本發(fā)明專利是依據(jù)以下背景需求提出的。
[0008]第一，本發(fā)明專利提出的是基于汽車局部鈑金噴漆烤漆一體化的需求提出的，與現(xiàn)有汽車生產(chǎn)廠家的整車噴漆和烤漆有著較大的不同，整車只需要在流水線上機械手按照預(yù)訂的程序?qū)ν恍吞柕钠嚥考M(jìn)行噴涂，不用對汽車的局部部位進(jìn)行識別。而且這種局部噴涂在汽車出廠后的后期維護(hù)中占有很大的比例。
[0009]第二，人工作業(yè)對汽車表面進(jìn)行噴涂，在工人進(jìn)行噴涂過程時，會產(chǎn)生大量漆霧造成環(huán)境污染、危害身體健康的有害氣體例如苯、胺類、醛類等，對現(xiàn)場噴涂工人的健康及情緒都有很大的影響，因此工人的噴涂水平、勞動情緒等因素對產(chǎn)品的噴涂質(zhì)量影響較大。這種對人身體有較大危害的維修方式促使我們提出一種局部噴漆機器人的研發(fā)。
[0010]第三，隨著我國人口逐漸進(jìn)入老齡化社會，用工成本逐漸增加，尤其是具有較高水平的汽車修理服務(wù)業(yè)方面的技師越來越稀缺，而且人工成本將逐年激增，汽車鈑金噴漆維修方面急需要通過機器人進(jìn)行汽車噴漆。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的是提供一種能夠通過三維激光掃描技術(shù)和圖像處理識別技術(shù)進(jìn)行汽車維修部位計算機數(shù)字化精確建模和匹配，通過對汽車局部維修部位三維矢量數(shù)據(jù)分析和邊界軌跡規(guī)劃，兩個分布在同一軌道上的自主移動機械手進(jìn)行汽車局部鈑金噴漆烤漆一體化的智能汽車噴漆烤漆一體化機器人。
[0012]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。
[0013]本發(fā)明的智能汽車噴漆烤漆一體化機器人，包括:主控工作站、激光掃描單元、(XD 圖像采集處理單元、排風(fēng)除塵恒溫系統(tǒng)單元、噴漆機械手單元、噴漆自主移動小車單元、烤漆機械手單元、烤漆自主移動小車單元、無線網(wǎng)絡(luò)、電源供電系統(tǒng)單元。
[0014] 所述主控工作站包括:工作站計算機20、控制臺21、控制室23、控制箱16、人員操作椅22、控制室門24 ;所述的工作站計算機20內(nèi)部包括:視覺激光輔助處理平臺、觸摸屏、 遙操作臺、圖傳接收模塊、數(shù)傳接收模塊、無線網(wǎng)卡、機械手軌跡規(guī)劃處理算法。
[0015] 所述激光掃描單元包括:二維激光掃描儀28、掃描儀云臺29、掃描儀攝像機行走軌道12、無線數(shù)據(jù)發(fā)射模塊，其中二維激光掃描儀28固定在掃描儀云臺29上，通過帶電機的滾輪在掃描儀攝像機行走軌道12上移動，通過無線數(shù)據(jù)發(fā)射模塊將掃描儀采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到主控工作站。
[0016] 所述的C⑶圖像采集處理單元包括:C⑶像機15、C⑶像機云臺14、掃描儀攝像機行走軌道12、無線數(shù)據(jù)發(fā)射模塊構(gòu)成，其中CCD像機15固定在CCD像機云臺14上，通過帶電機的滾輪在掃描儀攝像機行走軌道12上移動，通過無線數(shù)據(jù)發(fā)射模塊將掃描儀采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到主控工作站。
[0017] 所述的排風(fēng)除塵恒溫系統(tǒng)單元包括:離心風(fēng)機18、通風(fēng)管道17、進(jìn)風(fēng)管道19、出風(fēng)口 13、高壓空氣腔體26、高密度過濾絲棉25、照明烤燈27 ;離心風(fēng)機18在噴烤漆房1外側(cè)安裝，通風(fēng)管道17與噴烤漆房1內(nèi)側(cè)相連接，進(jìn)風(fēng)管道19與外界環(huán)境相通，保證空氣進(jìn)入， 出風(fēng)口 13在噴烤漆房下側(cè)，保證氣流流出，高密度過濾絲棉25高壓空氣腔體26上側(cè)，保證有害漆霧氣體散布到外界環(huán)境中，這些部分和密封門5構(gòu)成噴烤漆房1的整體框架。
[0018] 所述的噴漆機械手單元包括:噴漆噴槍2、噴漆機械臂3、漆料盒；其中噴漆噴槍2 送料管處通過電磁閥控制噴漆噴槍2的關(guān)斷，漆料盒通過密封的輸料管與噴槍料口連接， 安裝在噴漆自主移動小車內(nèi)部有氣栗，從而給噴槍提供高壓空氣。所述的噴漆機械臂3安裝在底盤上的步進(jìn)電機經(jīng)過錐齒輪傳動后，將運動傳遞到腰部立柱上，以實現(xiàn)腰部的回轉(zhuǎn)運動。安裝在腰部立柱上部的步進(jìn)電機經(jīng)過兩級錐齒輪傳動后，將運動傳遞到臂部，以實臂腰部的俯仰運動。安裝在臂部的零部件除電機和錐齒輪外，采用鋁合金等輕質(zhì)材料。安裝在手臂端部的步進(jìn)電機經(jīng)過同步帶傳動后，將運動傳遞到腕部，實現(xiàn)腕部的俯仰運動。
[0019] 所述的噴漆自主移動小車單元包括:噴漆行進(jìn)模塊4,其中包括:軌道驅(qū)動輪、軌道萬向輪、左側(cè)萬向支撐輪、右側(cè)萬向支撐輪構(gòu)成的單驅(qū)動四輪小車；驅(qū)動電機輸出軸通過蝸輪蝸桿自鎖機構(gòu)實現(xiàn)軌道驅(qū)動輪在機器人行走軌道11上的轉(zhuǎn)動，從而載著機械手在沿機器人行走軌道11自由滑動，車輪在固定的軌道上行走，由于采用能自鎖的蝸輪蝸桿副傳動和有保持轉(zhuǎn)矩的步進(jìn)電機，不需外加的固定裝置。
[0020] 所述的烤漆機械手單元包括:烤漆烤燈8、烤漆機械臂9 ;其中烤漆烤燈8固定在烤漆機械臂9前端，其他構(gòu)成方式和噴漆機械臂3相同。[0021 ] 所述的烤漆自主移動小車單元和噴漆自主移動小車單元構(gòu)成相同。
[0022] 所述的無線網(wǎng)絡(luò)是指整個系統(tǒng)可以通過無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)單個噴烤漆房到多個噴烤漆房的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。
[0023] 所述的電源供電系統(tǒng)單元包括:主控工作站電源、激光掃描單元電源、(XD圖像采集處理單元電源、排風(fēng)除塵恒溫系統(tǒng)單元電源、噴漆機械手電源、噴漆自主移動小車單元電源、烤漆機械手單元電源、烤漆自主移動小車單元電源；整個電源系統(tǒng)主要分成如下幾個層次，其中主控工作站和排風(fēng)除塵恒溫系統(tǒng)單元采用外部供給的交流電源供電，而內(nèi)部電源通過機器人行走軌道提供交流電源，自主移動小車的滾輪通過與軌道接觸將交流電提供給小車和機械手的逆變模塊，從而為機械手的各個關(guān)節(jié)電機提供所需要的各個電壓等級的電壓?？酒釞C械手的電源提供需要大電流逆變模塊。激光掃描單元電源和CCD圖像采集處理單元電源同樣采用軌道提供電源的模式。內(nèi)部軌道電源需要做好絕緣和密封，防止漆霧在電火花的作用下導(dǎo)致噴烤漆房爆炸。
[0024]由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實施例提供的智能汽車噴漆烤漆一體化機器人，通過三維激光掃描技術(shù)和圖像處理識別技術(shù)進(jìn)行汽車維修部位計算機數(shù)字化精確建模和匹配，通過對汽車局部維修部位三維矢量數(shù)據(jù)分析和邊界軌跡規(guī)劃，兩個分布在同一軌道上的自主移動機械手進(jìn)行汽車局部鈑金噴漆烤漆一體化，真正實現(xiàn)了無人化、無纜化、自主噴烤漆的汽車鈑金噴烤漆的維修過程，為汽車維護(hù)維修開辟了智能化的新局面。【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明實施例提供的智能汽車噴漆烤漆一體化機器人的主視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖2為本發(fā)明實施例提供的智能汽車噴漆烤漆一體化機器人的系統(tǒng)功能示意圖。
[0027]圖3為本發(fā)明實施例提供的智能汽車噴漆烤漆一體化機器人的控制流程圖。
[0028]圖1中:1、噴烤漆房，2、噴漆噴槍，3、噴漆機械臂，4、噴漆行進(jìn)模塊，5、密封門，6、 斜坡防滑墊，7、烤漆行進(jìn)模塊，8、烤漆烤燈，9、烤漆機械臂，10、汽車，11、機器人行走軌道， 12、掃描儀攝像機行走軌道，13、出風(fēng)口，14、C⑶像機云臺，15、(XD像機，16、控制箱，17、通風(fēng)管道，18、離心風(fēng)機，19、進(jìn)風(fēng)管道，20、控制工作站，21、控制臺，22、人員操作椅，23、控制室，24、控制室門，25、高密度過濾絲棉，26、高壓空氣腔體，27、照明烤燈，28、激光掃描儀， 29、掃描儀云臺?！揪唧w實施方式】
[0029]下面將對本發(fā)明實施例作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。本發(fā)明的智能汽車噴漆烤漆一體化機器人，其較佳的【具體實施方式】如下所述。
[0030]本發(fā)明的智能汽車噴漆烤漆一體化機器人，包括:主控工作站、激光掃描單元、(XD 圖像采集處理單元、排風(fēng)除塵恒溫系統(tǒng)單元、噴漆機械手單元、噴漆自主移動小車單元、烤漆機械手單元、烤漆自主移動小車單元、無線網(wǎng)絡(luò)、電源供電系統(tǒng)單元。
[0031]所述的主控工作站主要由工作站計算機、視覺激光輔助處理平臺、觸摸屏、遙操作臺、圖傳接收模塊、數(shù)傳接收模塊、無線網(wǎng)卡構(gòu)成，其中工作站計算機具有較強的處理能力， 較大的內(nèi)存和CPU主頻，能夠保證快速處理激光掃描儀掃描數(shù)據(jù)，視覺圖像數(shù)據(jù)的處理和計算，同時接收噴漆機械手和烤漆機械手的狀態(tài)數(shù)據(jù)，進(jìn)行實時分析和計算。
[0032]所述的激光掃描單元包括二維激光掃描儀、二自由度云臺、軌道滑行機構(gòu)、無線數(shù)據(jù)發(fā)射模塊。二維激光掃描儀固定在二自由度云臺上，能夠通過發(fā)射的激光面探測汽車的模型數(shù)據(jù)，精度很高，二自由度云臺能夠在實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)和擺動，保證激光掃描儀對汽車掃描的初始位置調(diào)整。軌道滑行機構(gòu)使得云臺能夠沿噴烤漆房的頂部布置的軌道上自由滑動，同時具有自鎖功能，云臺具有增穩(wěn)功能。無線數(shù)據(jù)發(fā)射模塊將采集的激光掃描數(shù)據(jù)發(fā)送到主控工作站，進(jìn)行后期的汽車三維模型構(gòu)建。
[0033]所述的C⑶圖像采集處理單元包括C⑶相機、二自由度云臺、軌道滑行機構(gòu)、無線數(shù)據(jù)發(fā)射模塊。CCD相機固定在二自由度云臺上，能夠通過CCD探測汽車的圖像數(shù)據(jù)，二自由度云臺能夠在實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)和擺動，保證CCD對汽車拍攝圖像的初始位置調(diào)整。軌道滑行機構(gòu)使得云臺能夠沿噴烤漆房的頂部布置的軌道上自由滑動，同時具有自鎖功能，云臺具有增穩(wěn)功能。無線數(shù)據(jù)發(fā)射模塊將采集的CCD采集的圖像數(shù)據(jù)發(fā)送到主控工作站，進(jìn)行后期的汽車圖像處理。
[0034]所述的排風(fēng)除塵恒溫系統(tǒng)單元包括離心風(fēng)機、通風(fēng)管道、進(jìn)風(fēng)管道、出風(fēng)口、高壓空氣腔體、高密度過濾絲棉、照明烤燈等構(gòu)成。其中保證噴烤漆房內(nèi)部的空氣流動是十分必要的，尤其是將噴烤漆房內(nèi)制造一個負(fù)壓，將空氣流從頂端的一處流入，從底部流出，從而保證了漆沫不會四處飛濺，同時保證噴烤漆房內(nèi)具有一定的壓力，能夠迅速將漆沫沉淀下來，也有利于防爆。漆料與鈑金表面較好的附著，需要有一個固定溫度，保證漆料經(jīng)過機械手噴槍噴出后不流、均勻附著，因此需要有照明烤燈保證噴烤漆房內(nèi)適當(dāng)?shù)臏囟?，烤燈也提供照明作用，保證噴烤漆房內(nèi)有一定的照明度，有利與機械手噴漆烤漆的CCD相機反饋。漆料經(jīng)過高壓槍噴出是霧狀，擴散到空氣中容易污染環(huán)境，因此通過高密度過濾絲棉將噴烤漆房內(nèi)的霧狀漆料過濾掉，不會造成環(huán)境污染。
[0035]所述的噴漆機械手單元包括漆料盒、噴槍、底盤、腰關(guān)節(jié)、臂關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)。其中噴槍送料管處通過電磁閥控制噴槍的關(guān)斷，漆料盒通過密封的輸料管與噴槍料口連接，安裝在噴漆自主移動小車內(nèi)部有氣栗，從而給噴槍提供高壓空氣。安裝在底盤上的步進(jìn)電機經(jīng)過錐齒輪傳動后，將運動傳遞到腰部立柱上，以實現(xiàn)腰部的回轉(zhuǎn)運動。安裝在腰部立柱上部的步進(jìn)電機經(jīng)過兩級錐齒輪傳動后，將運動傳遞到臂部，以實臂腰部的俯仰運動。安裝在臂部的零部件除電機和錐齒輪外，采用鋁合金等輕質(zhì)材料。安裝在手臂端部的步進(jìn)電機經(jīng)過同步帶傳動后，將運動傳遞到腕部，實現(xiàn)腕部的俯仰運動。從而實現(xiàn)機械手靈活運動。
[0036]所述的噴漆自主移動小車單元包括軌道驅(qū)動輪、軌道萬向輪、左側(cè)萬向支撐輪、右側(cè)萬向支撐輪構(gòu)成的單驅(qū)動四輪小車，驅(qū)動電機輸出軸通過蝸輪蝸桿自鎖機構(gòu)實現(xiàn)軌道驅(qū)動輪在軌道上的轉(zhuǎn)動，從而載著機械手在沿軌道自由滑動，車輪在固定的軌道上行走，由于采用能自鎖的蝸輪蝸桿副傳動和有保持轉(zhuǎn)矩的步進(jìn)電機，不需外加的固定裝置。
[0037]所述的烤漆機械手單元及烤漆自主移動小車單元和噴漆機械手單元及噴漆自主移動小車單元相似，唯一不同的地方是噴漆機械手單元前部安裝的是噴槍，而烤漆機械手單元前部安裝的是高功率電動烤燈。
[0038]所述的無線網(wǎng)絡(luò)是指整個系統(tǒng)可以通過無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)單個噴烤漆房到多個噴烤漆房的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。
[0039]所述的電源供電系統(tǒng)單元包括主控工作站電源、激光掃描單元電源、(XD圖像采集處理單元電源、排風(fēng)除塵恒溫系統(tǒng)單元電源、噴漆機械手電源、噴漆自主移動小車單元電源、烤漆機械手單元電源、烤漆自主移動小車單元電源；整個電源系統(tǒng)主要分成如下幾個層次，其中主控工作站和排風(fēng)除塵恒溫系統(tǒng)單元采用外部供給的交流電源供電，而內(nèi)部電源通過機器人行走軌道提供交流電源，自主移動小車的滾輪通過與軌道接觸將交流電提供給小車和機械手的逆變模塊，從而為機械手的各個關(guān)節(jié)電機提供所需要的各個電壓等級的電壓?？酒釞C械手的電源提供需要大電流逆變模塊。激光掃描單元電源和CCD圖像采集處理單元電源同樣采用軌道提供電源的模式。內(nèi)部軌道電源需要做好絕緣和密封，防止漆霧在電火花的作用下導(dǎo)致噴烤漆房爆炸。
[0040]本發(fā)明根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中各種方法的優(yōu)缺點，采用移動機械手的噴漆烤漆方法，對汽車局部鈑金修理采用人工噴漆方法是一個重要突破，同時結(jié)合現(xiàn)有烤漆房的技術(shù)不足， 進(jìn)行恒溫環(huán)境局部烘烤，大大提高了維修效率，節(jié)約了人力成本，降低了漆霧對人身體的傷害，真正意義的實現(xiàn)了全自動智能無人噴漆烤漆一體化。同時，采用雙機械手協(xié)同配合，也是目前最前沿的協(xié)同機器人技術(shù)的新嘗試。在供電系統(tǒng)上采用有軌供電模式，既考慮到了防爆措施，同時將通過無線網(wǎng)絡(luò)的形式實現(xiàn)了無電源電纜和通信電纜的機器人供電通信方法，使得機器人在軌道上運行過程中不至于纜線間纏繞。融合了激光掃描技術(shù)和圖形圖像建模技術(shù)，將汽車修理數(shù)字化，便于后期的全自動維修實現(xiàn)。相信本發(fā)明的實際開發(fā)和產(chǎn)品推廣會給汽車修理業(yè)帶來巨大的革命。
[0041]本發(fā)明的上述智能汽車噴漆烤漆一體化機器人系統(tǒng)如圖2所示，本發(fā)明的智能汽車噴漆烤漆一體化機器人，包括主控工作站、激光掃描單元、CCD圖像采集處理單元、排風(fēng)除塵恒溫系統(tǒng)單元、噴漆機械手單元、噴漆自主移動小車單元、烤漆機械手單元、烤漆自主移動小車單元、無線網(wǎng)絡(luò)、電源供電系統(tǒng)單元。
[0042]整個機器人噴烤漆一體化過程控制方法，如圖3所示，包括步驟:通過激光掃描儀和視覺圖像CCD采集數(shù)據(jù)，進(jìn)行建模分析，通過邊緣分析的圖像處理算法，給出待噴漆烤漆的部位邊界和三維模型數(shù)字化數(shù)據(jù)，然后數(shù)字化造型，通過CAD數(shù)據(jù)庫進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，最終通過機械手軌跡規(guī)劃算法，給出噴漆部位的規(guī)劃軌跡，通過幾何分析和計算，在機械手噴槍與汽車鈑金表面距離、噴角、噴射漆錐面等參數(shù)約束下，分析機械手的運行空間和噴涂機械手運行軌跡的合理性，若計算和分析結(jié)論不能滿足要求，需要重新調(diào)整設(shè)置參數(shù)，再進(jìn)行分析和計算，直到得到較好的機械手噴槍運行軌跡為止，然后通過機械手軌跡程序，進(jìn)行噴漆執(zhí)行程序，將需要噴涂部分噴涂完畢，倘若噴漆結(jié)束，通過視覺圖像分析程序分析噴漆的效果是否達(dá)到要求，若達(dá)不到要求須通過遙操作平臺人工進(jìn)行噴補，直到滿意為止。若機械手噴涂較為滿意，這時調(diào)用烤漆機械手烤漆程序，烤漆機械手的軌跡規(guī)劃和噴漆的機械手運行軌跡基本相同，即重復(fù)調(diào)用噴漆軌跡生成程序，執(zhí)行烤漆過程，確認(rèn)烘烤結(jié)束后，通過視覺圖像分析程序分析烤漆效果如何，若滿意則整個過程結(jié)束，若機械手烤漆效果不好，通過遙操作平臺人工進(jìn)行烤補，直到滿意為止。遙操作平臺通過手柄手動無線控制噴漆、烤漆機械手和各自的自主移動小車。圖傳接收模塊用來實現(xiàn)視頻CCD的圖像無線實時采集、傳輸和處理。數(shù)傳接收模塊用來實現(xiàn)激光掃描儀掃描數(shù)據(jù)、噴烤漆機械手姿態(tài)傳感器數(shù)據(jù)、自主移動小車運行姿態(tài)數(shù)據(jù)、排風(fēng)除塵恒溫系統(tǒng)環(huán)境傳感器數(shù)據(jù)的傳輸。整個系統(tǒng)可以通過無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)單個噴烤漆房到多個噴烤漆房的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。
[0043]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項】
1.一種智能汽車噴漆烤漆一體化機器人，其特征在于包括主控工作站、激光掃描單元、 CCD圖像采集處理單元、排風(fēng)除塵恒溫系統(tǒng)單元、噴漆機械手單元、噴漆自主移動小車單元、 烤漆機械手單元、烤漆自主移動小車單元、無線網(wǎng)落、電源供電系統(tǒng)單元構(gòu)成；所述的主控工作站與其他各部分單元無線通信；所述的激光掃描單元包括二維激光掃描儀、二自由度云臺、軌道滑行機構(gòu)、無線數(shù)據(jù)發(fā) 射模塊；二維激光掃描儀固定在二自由度云臺上，能夠通過發(fā)射的激光面探測汽車的模型數(shù) 據(jù)，二自由度云臺能夠在實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)和擺動，保證激光掃描儀對汽車掃描的初始位置調(diào)整，軌 道滑行機構(gòu)使得云臺能夠沿噴烤漆房的頂部布置的軌道上自由滑動，同時具有自鎖功能， 云臺具有增穩(wěn)功能，無線數(shù)據(jù)發(fā)射模塊將采集的激光掃描數(shù)據(jù)發(fā)送到主控工作站，進(jìn)行后 期的汽車三維模型構(gòu)建；所述的CCD圖像采集處理單元包括CCD相機、二自由度云臺、軌道滑行機構(gòu)、無線數(shù)據(jù) 發(fā)射模塊，CCD相機固定在二自由度云臺上，能夠通過CCD探測汽車的圖像數(shù)據(jù)，二自由度 云臺能夠在實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)和擺動，保證CCD對汽車拍攝圖像的初始位置調(diào)整，軌道滑行機構(gòu)使 得云臺能夠沿噴烤漆房的頂部布置的軌道上自由滑動，同時具有自鎖功能，云臺具有增穩(wěn) 功能，無線數(shù)據(jù)發(fā)射模塊將采集的CCD采集的圖像數(shù)據(jù)發(fā)送到主控工作站，進(jìn)行后期的汽 車圖像處理；所述的噴漆機械手單元包括漆料盒、噴槍、底盤、腰關(guān)節(jié)、臂關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)，其中噴槍送 料管處通過電磁閥控制噴槍的關(guān)斷，漆料盒通過密封的輸料管與噴槍料口連接，安裝在噴 漆自主移動小車內(nèi)部有氣栗，從而給噴槍提供高壓空氣；所述的噴漆自主移動小車單元包括軌道驅(qū)動輪、軌道萬向輪、左側(cè)萬向支撐輪、右側(cè)萬 向支撐輪構(gòu)成的單驅(qū)動四輪小車，驅(qū)動電機輸出軸通過蝸輪蝸桿自鎖機構(gòu)實現(xiàn)軌道驅(qū)動輪 在軌道上的轉(zhuǎn)動，從而載著機械手在沿軌道自由滑動，車輪在固定的軌道上行走，由于采用 能自鎖的蝸輪蝸桿副傳動和有保持轉(zhuǎn)矩的步進(jìn)電機，不需外加的固定裝置；所述的烤漆機械手單元及烤漆自主移動小車單元和噴漆機械手單元及噴漆自主移動 小車單元相似，唯一不同的地方是噴漆機械手單元前部安裝的是噴槍，而烤漆機械手單元 前部安裝的是高功率電動烤燈。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能汽車噴漆烤漆一體化機器人，其特征在于，電源供電系 統(tǒng)單元包括主控工作站電源、激光掃描單元電源、CCD圖像采集處理單元電源、排風(fēng)除塵恒 溫系統(tǒng)單元電源、噴漆機械手電源、噴漆自主移動小車單元電源、烤漆機械手單元電源、烤 漆自主移動小車單元電源，整個電源系統(tǒng)主要分成如下幾個層次，其中主控工作站和排風(fēng) 除塵恒溫系統(tǒng)單元采用外部供給的交流電源供電，而內(nèi)部電源通過機器人行走軌道提供交 流電源，自主移動小車的滾輪通過與軌道接觸將交流電提供給小車和機械手的逆變模塊， 從而為機械手的各個關(guān)節(jié)電機提供所需要的各個電壓等級的電壓；烤漆機械手的電源提供需要大電流逆變模塊；激光掃描單元電源和CCD圖像采集處理單元電源同樣采用軌道提供電源的模式，內(nèi)部 軌道電源需要做好絕緣和密封，防止漆霧在電火花的作用下導(dǎo)致噴烤漆房爆炸。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能汽車噴漆烤漆一體化機器人，其特征在于，排風(fēng)除塵恒 溫系統(tǒng)單元包括離心風(fēng)機、通風(fēng)管道、進(jìn)風(fēng)管道、出風(fēng)口、高壓空氣腔體、高密度過濾絲棉、照明烤燈等構(gòu)成；所述的無線網(wǎng)絡(luò)是指整個系統(tǒng)可以通過無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)單個噴烤漆房到多個噴烤漆房 的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。
【文檔編號】B05D3/02GK105983502SQ201510120152
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年3月19日
【發(fā)明人】何守印, 張立燕
【申請人】何守印