喷涂机器人离线编程的应用扩展

喷涂机器人离线编程的应用扩展

侯志通

天津大气社涂装系统有限公司天津301600

摘要：分析了机器人离线编程系统，基于机器人人机交互界面的实现方法，根据机器人离线编程系统的功能和实际需求，确定了机器人离线编程系统的总体方案、模块划分和整体方案。目前，工业喷涂机器人离线编程平台可以模拟机器人的工作系统，编写简单的喷涂程序，模拟喷涂过程。对于复杂的喷涂轨迹规划，可以扩展离线编程软件。实验结果表明，扩展的离线编程软件可以用来规划和规划复杂的喷涂表面。

关键词：喷雾机器人；离线编程；应用

1前言

机器人技术是现代科学技术中最活跃的领域之一。热喷涂技术是一种表面现象，自世纪之交以来，在生产实践中经过了100多年的发展，至今在机械、化工、运输、能源、国防等领域得到了越来越广泛的应用。热喷涂可用于制造各种类型的涂料，可作为新产品的预保护技术，可用于修复旧零件。特别是喷涂涂层或喷涂涂层可以大大提高产品性能，延长使用寿命，带来显著的经济效益和社会效益。由于工作环境极恶劣的热喷涂，喷淋过程往往伴随着高温、低压和有毒气体，再加上机器人离线编程容易实现复杂的喷涂工件，适合于热喷涂工业机器人。与此同时，机器人的精确还原和重复性可以提高涂层的质量。

2离线编程系统的设计

2.1系统的基础设施

在本研究中编写的离线编程系统中，类似的函数被集成到同一个模块中，并以插件的形式提供，每个插件都是一个动态链接库。系统的总体架构是用高级语言c++编写的，系统架构包括底层库、基本功能模块和离线编程模块。底层库有Boost库、Eigen库和Qt框架；基本功能模块是虚拟机器人模型的基本操作集合，包括基本模块、体模块、碰撞模块和Util模块。离线编程插件由一组离线编程基础操作组成，包括加载模块、轨迹规划模块、虚拟教学模块和自定义模块。

2.2系统3d显示

为了给用户提供直观的机器人三维仿真结果，使用VRML（虚拟现实建模语言）和openGL的优势，为用户创建一个生动直观的交互式三维仿真平台。VRML是一种三维建模和渲染图形描述语言，当描述三维对象的静态特性时，具有独特的优势，使机器人模型非常逼真，但缺乏交互能力，例如：无法检测出表单之间的碰撞。OpenGL作为一个共享的开放3d图形应用程序编程接口（API）标准，可以弥补VRML在交互中的不足。因此OpenGL和VRML在功能上是互补的，可以为用户提供一个现实的、交互式的三维仿真平台。

2.3可扩展的设计

利用插件机制实现系统的可扩展性，是离线编程功能模块的基础，也可以使用插件，可以制作高度模块化的软件，用户可以根据自己对插件的需求进行选择，或者编写新的自定义插件。该机制允许系统中的每个插件相互调用。如果多个插件直接叫对方在同一时间，会导致高的各种插件之间的耦合，为了降低模块之间的耦合，同时，保证函数或对象之间在不同的插件可以合作，使用信号系统的机制来解决这个问题。消息订阅机制是一种常见的设计模式，即观察者模式，它定义了一对多的依赖关系。在消息订阅机制模型中，提供事件消息的对象称为发布者，接收事件消息的对象称为订阅者。当发布者发布相关信号时，信号将发送给所有订阅者。每个订阅者接收信号并执行与信号相关联的响应函数。消息订阅机制的最大优点是，发布者和订阅者都需要定义一个通用的信号接口，而不必相互理解。通过这种机制，用户可以独立开发不同的功能，以确保不同的功能可以协同工作。

2.4离线编程系统的基本功能

离线编程系统的基本功能包括人机交互界面、三维显示、运动学模块、动态模块、轨迹规划模块、作业分析模块和作业下载模块。

3复杂轨迹规划的CAD平台扩展

引导脱机编程系统提供了一种内置的编程语言，并配备了部分喷雾跟踪方案。对于一般的喷涂任务，可以使用这些简单的喷雾路径。然而，对于复杂的喷涂轨迹或模式，如果喷雾器直接由机器人导轨使用，则很难满足技术要求，不必要地浪费涂层。虽然大多数CAD软件具有坐标变换的功能，但对于设计者来说，对于不同的产品，平面设计的不同部分，频繁的校准和协调系统的转换，实际上降低了生产效率，也增加了错误和审计的风险。在此期间，我们需要利用其他CAD软件进行轨迹规划，建立CAD软件与机器人导航系统之间的坐标转换关系。这样就可以通过CAD软件或美术设计师来设计和处理绘画的轨迹或图案，而集成和程序生成将由离线程序员进行。

4虚拟车间

4.1机器人运行中的问题

热喷涂离线编程，工件的位置不清楚，如果在机器人内部设置一个位置，然后工件的位置和车间效果，再检查一次，效果再一次，这是非常复杂和浪费的时间。此外，热喷涂车间通常需要大量的设备，如喷涂工件、配电柜、大型送料管、风管、喷枪、风管、电缆等，也有非常昂贵的设备，如激光。因此，机器人的工作范围非常有限。如果机器人编程软件模拟运行时不考虑位置，设备简单模拟喷涂工件位置，然后在车间，喷涂机器人，有时会影响设备，重大工业事故经济损失，甚至危及正常生产，从而大大降低生产效率。结合以上问题，建立一个虚拟车间是非常必要的，这样程序员在离线编程的时候就能全面掌握整个生产车间。

4.2建立虚拟车间的优势

虚拟车间，实际是机器人的施工和整个车间的车间，可能会影响到整个车间的长度、宽度、高度等设备，机器人、书桌、配电柜等，如激光在车间的位置。在机器人喷涂的仿真中，可以清楚地看到机器人的运动轨迹是在离线编程软件的三维空间中，也可以观察到它是否击中了车间的设备。如果您发现冲突，您可以立即修改程序。虚拟车间，相当于真正的生产车间，并移动到程序员的PC，让程序员更直观的看到实际的操作效果，达到模拟车间的模拟和实践。车间设备的位置基本上是固定的，因此，工作室需要精确测量，使虚拟车间成为一个永久性的仿真环境，避免事故和经济损失，缩短脱机校准空间在编程上的时间。

4.3在机器人工作室建立一个虚拟工作室

工作室的机器人，有各种类型的ABB机器人，可以直接进入三维空间，在每个设备的实际车间和车间的墙壁可以按照实际尺寸在机器人工作室的结构中进行。为了在机器人车间建立虚拟车间，需要在机器人世界的坐标系中精确测量车间设备的三维坐标。世界坐标系统的机器，在测量的基础上，看不到机器人基于世界坐标系统的起源，它被埋在机器人的核心基地，和机器是基于不规则的模式，所以只有机器人安装手册上的数据的帮助下，学习世界坐标系原点的距离机器人基点。

4.4创建一个成功的虚拟研讨会实例

法国LERMPS喷涂实验室已经建立了虚拟车间，通过虚拟室内喷涂机器人的仿真，机器人可以检测到与车间设备的碰撞，从而提高程序的修改，避免事故，大大小小的影响是非常重要的。

5结束语

本文提出了一种基于坐标变换的方法，将离线编程的应用扩展到喷涂机器人上，提高了平面上复杂轨迹的规划效率。在此基础上，研究并解决了复杂曲面的轨迹规划、喷涂速度和坐标问题。喷雾机器人脱机程序是机器人自动喷涂效率的重要保证，通过将完成的机器人离线编程系统进行扩展和二次开发，可以进一步提高机器人的编程能力，从而提高涂层的效率和工艺效果。

参考文献：

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[2]徐祥，甘亚辉，戴先中，段晋军.基于Qt的可扩展机器人离线编程系统[J].华中科技大学学报（自然科学版），2015

[3]郑悠，曾春年.基于离线编程技术的喷涂机器人第七轴开发[J].电子技术应用，2017