【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及机器人运动控制，具体涉及基于视觉引导的高空喷涂机器人喷涂轨迹规划及控制方法。
技术介绍
1、高空喷涂作业，例如船体喷涂，传统由人工完成，费时费力且存在安全隐患。为了提高作业效率和质量，越来越多地采用高空喷涂机器人，这就涉及机器人位置标定和喷涂轨迹规划的问题。保持喷枪喷涂压力一致、距离不变进行喷涂，会在中心形成颜色符合要求的区域，同时在外圈形成颜色较浅不符合要求而需要重复喷涂的区域。现有的高空喷涂机器人喷涂轨迹规划中并未考虑这一点，导致喷涂质量较差。
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术的第一目的是提供一种喷涂质量好的基于视觉引导的高空喷涂机器人喷涂轨迹规划方法；本专利技术的第二目的是基于规划的喷涂轨迹，提供一种基于视觉引导的高空喷涂机器人喷涂控制方法。
2、技术方案：本专利技术所述的基于视觉引导的高空喷涂机器人喷涂轨迹规划方法，所述的高空喷涂机器人包括自行式升降平台，自行式升降平台台面前端安装有机械臂，台面后端位于机械臂两侧安装有相机a和相机b，两相机的视场区域能够覆盖机械臂的工作空间，机械臂末端安装有喷枪；
3、所述的喷涂轨迹规划方法包括：
4、以相机视场中央位于工作空间内的一块矩形投影区域作为喷涂区域；
5、喷涂点距离喷涂边界轨迹的距离处，且保持距离上一条规划的喷涂轨迹距离为
6、不能喷涂区域的边界为物体边界轨迹，喷涂点距离物体边界轨迹
7、喷涂点距离喷涂区域的边界
8、d1
9、喷涂分界线通过对喷涂区域进行颜色分析确定。
10、进一步地，所述喷涂分界线通过对喷涂区域进行颜色分析确定，包括：
11、通过相机获取当前视场喷涂区域中喷涂表面的图像，将图像像素从rgb颜色空间转换为xyz颜色空间，再将图像像素从xyz颜色空间转为lab颜色空间；
12、计算每个像素的颜色差异δe，使用以下公式：
13、
14、其中，δl＝l-l_s，δa＝a-a_s，δb＝b-b_s；l、a、b是lab颜色空间中的颜色分量；l_s、a_s、b_s是颜色标准中定义的标准lab值；
15、定义阈值为e，将像素的颜色差异δe与阈值进行比较；如果δe大于阈值，则将该像素标记为分离区域；如果δe小于等于阈值，则将该像素标记为非分离区域；
16、遍历所有像素点以获得区分图像中分离区域与非分离区域的像素边界坐标，将所有的边界点pw投影至yz平面进行二维空间的轨迹拟合y＝fi(z)，该轨迹即为二维平面上的喷涂分界线；通过不同的阈值e的设定，将物体边缘区域的目标边界轨迹也表达出来为y＝bi(z)；若遇到相同z坐标对应的两不同的y坐标，即将此坐标分离开，分别进行拟合；最后通过拟合的点位数或喷涂区域大小获取定义域的大小。
17、进一步地，当检测不到已喷涂区域以及物体边界轨迹，则轨迹可通过轨迹间隔d1和喷涂区域四个边角点坐标g1、g2、g3、g4准确表达，其中喷涂起始点距离g1点的横纵坐标均为d1/2，即为(yg1+d1/2,zg1-d1/2)，横向轨迹到达y轴坐标为d1/2时，即(yg2-d1/2,zg2-d1/2)开始执行向下轨迹的规划，向下的轨迹长度为向下轨迹规划过后继续向左规划轨迹，直到y轴坐标为yg1+d1/2，再开始向右规划；由此过程循环往复，对当前视场下整个喷涂区域均完成喷涂轨迹的设定；在每次规划向下轨迹前均需要判断当前位置距离g3的z轴的大小，若大于则继续向下规划；在第八次横向轨迹的规划过后，该距离小于停止向下规划，即完成此喷涂区域的喷涂轨迹的规划。
18、进一步地，当检测到已喷涂区域，且该区域边界为不规整的波浪线，先求解出喷涂边界轨迹的离散点在yz平面的拟合轨迹y＝fi(z)，则喷涂贴合轨迹为y＝fi(z)+d/2；根据喷涂区域四个边角点坐标g1、g2、g3、g4，则定义域为zg4≤z≤zg1；在yz平面设定喷涂起始点，距离上边界d/2，即z轴坐标为zg1-d/2，z轴坐标代入喷涂贴合轨迹为y＝fi(zg1-d/2)+d/2，则起始喷涂点为(fi(zg1-d/2)+d/2,zg1-d/2)，在第一条横向喷涂轨迹时呈水平向右喷涂，横向轨迹到达距离g2的y轴坐标为d/2时，即(yg2-d/2,zg1-d/2)开始执行向下轨迹的规划，向下的轨迹长度为由此开始水平向左规划喷涂轨迹，在喷涂点位与喷涂贴合轨迹重合时开始沿着该轨迹向下规划喷涂轨迹，直到纵向位移在z轴分量到达开始执行向右规划喷涂轨迹，由此过程循环往复即可对当前视场下整个喷涂区域均完成喷涂轨迹的设定；在每次规划向下轨迹前均需要判断当前位置距离g3的z轴的大小，若大于则继续向下规划；在规划了八次横向轨迹后，判断当前位置距离g3点的z轴坐标长度小于则停止向下规划即完成此区域的喷涂轨迹的规划。
19、进一步地，若检测到不能喷涂的区域，则喷涂轨迹的规划同上述检测到已喷涂区域的规划一致，仅需将喷涂贴合轨迹设置为y＝fi(zg1-d/2)+d1/2。
20、进一步地，当检测到不能喷涂区域，且该区域为喷涂表面的一个孔洞，先求解出喷涂边界轨迹的离散点在yz平面的拟合轨迹y＝fi(z)，将相同z坐标对应的两不同的y坐标分离开，分别进行拟合，得到y＝fi1(z)以及y＝fi2(z)，则喷涂贴合轨迹分别为y＝fi1(z)-d1/2以及y＝fi2(z)+d1/2；根据喷涂区域四个边角点坐标g1、g2、g3、g4，其中喷涂起始点距离g1点的横纵坐标均为d1/2，即为(yg1+d1/2,zg1-d1/2)，横向轨迹到达y轴坐标为d1/2时，即(yg2-d1/2,zg1-d1/2)开始执行向下轨迹的规划，向下的轨迹长度为向下轨迹规划过后继续向左规划轨迹，直到y轴坐标为yg1+d1/2；由此继续规划向下的轨迹长度为向下结束后再次向右规划，此时规划点的z轴坐标大小到达喷涂贴合轨迹函数的定义域范围内，当向右规划到达时，暂停当前直线的规划，继续水平向右直到开始继续规划喷涂轨迹，即在y＝fi1(z)-d1/2到y＝fi2(z)+d1/2范围内中断喷涂轨迹的规划即可；由此过程循环往复，判断当前位置距离g3点的z轴坐标长度小于则停止向下规划即完成此区域的喷涂轨迹的规划。
21、本专利技术所述的基于视觉引导的高空喷涂机器人喷涂控制方法，包括：
22、(1)设定三维模型数据库：初始化三维软件所建立的目标模型外表面结构，并根据表面焊接交点或者铆接点，配置目标模型表面的若干个特征点，将三维模型表面数据存储到数据库中，通过x＝ρ(y，z)提取特征点在世界坐标系{w}下x方向深度坐标，通过n＝φ(x，y，z)提取对应点的法向量；
23、(2)将对应喷涂面配置特征点，特征点一一对应模型配置中的特征点；
24、(3)获取特征点在相机a坐标系下的坐标(xa,ya,za)；
25、(4)通过特征本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于视觉引导的高空喷涂机器人喷涂轨迹规划方法，其特征在于，所述的高空喷涂机器人包括自行式升降平台，自行式升降平台台面前端安装有机械臂，台面后端位于机械臂两侧安装有相机A和相机B，两相机的视场区域能够覆盖机械臂的工作空间，机械臂末端安装有喷枪；
2.根据权利要求1所述的基于视觉引导的高空喷涂机器人喷涂轨迹规划方法，其特征在于，所述喷涂分界线通过对喷涂区域进行颜色分析确定，包括：
3.根据权利要求2所述的基于视觉引导的高空喷涂机器人喷涂轨迹规划方法，其特征在于，当检测不到已喷涂区域以及物体边界轨迹，则轨迹可通过轨迹间隔D1和喷涂区域四个边角点坐标G1、G2、G3、G4准确表达，其中喷涂起始点距离G1点的横纵坐标均为D1/2，即为(YG1+D1/2,ZG1-D1/2)，横向轨迹到达Y轴坐标为D1/2时，即(YG2-D1/2,ZG2-D1/2)开始执行向下轨迹的规划，向下的轨迹长度为向下轨迹规划过后继续向左规划轨迹，直到Y轴坐标为YG1+D1/2，再开始向右规划；由此过程循环往复，对当前视场下整个喷涂区域均完成喷涂轨迹的设定；在每次规划向下轨迹前均需要判断当前
4.根据权利要求2所述的基于视觉引导的高空喷涂机器人喷涂轨迹规划方法，其特征在于，当检测到已喷涂区域，且该区域边界为不规整的波浪线，先求解出喷涂边界轨迹的离散点在YZ平面的拟合轨迹y＝fi(z)，则喷涂贴合轨迹为y＝fi(z)+D/2；根据喷涂区域四个边角点坐标G1、G2、G3、G4，则定义域为ZG4≤Z≤ZG1；在YZ平面设定喷涂起始点，距离上边界D/2，即Z轴坐标为ZG1-D/2，Z轴坐标代入喷涂贴合轨迹为y＝fi(ZG1-D/2)+D/2，则起始喷涂点为(fi(ZG1-D/2)+D/2,ZG1-D/2)，在第一条横向喷涂轨迹时呈水平向右喷涂，横向轨迹到达距离G2的Y轴坐标为D/2时，即(YG2-D/2,ZG1-D/2)开始执行向下轨迹的规划，向下的轨迹长度为由此开始水平向左规划喷涂轨迹，在喷涂点位与喷涂贴合轨迹重合时开始沿着该轨迹向下规划喷涂轨迹，直到纵向位移在Z轴分量到达开始执行向右规划喷涂轨迹，由此过程循环往复即可对当前视场下整个喷涂区域均完成喷涂轨迹的设定；在每次规划向下轨迹前均需要判断当前位置距离G3的Z轴的大小，若大于则继续向下规划；在规划了八次横向轨迹后，判断当前位置距离G3点的Z轴坐标长度小于则停止向下规划即完成此区域的喷涂轨迹的规划。
5.根据权利要求4所述的基于视觉引导的高空喷涂机器人喷涂轨迹规划方法，其特征在于，若检测到不能喷涂的区域，则喷涂轨迹的规划同上述检测到已喷涂区域的规划一致，仅需将喷涂贴合轨迹设置为y＝fi(ZG1-D/2)+D1/2。
6.根据权利要求2所述的基于视觉引导的高空喷涂机器人喷涂轨迹规划方法，其特征在于，当检测到不能喷涂区域，且该区域为喷涂表面的一个孔洞，先求解出喷涂边界轨迹的离散点在YZ平面的拟合轨迹y＝fi(z)，将相同Z坐标对应的两不同的Y坐标分离开，分别进行拟合，得到y＝fi1(z)以及y＝fi2(z)，则喷涂贴合轨迹分别为y＝fi1(z)-D1/2以及y＝fi2(z)+D1/2；根据喷涂区域四个边角点坐标G1、G2、G3、G4，其中喷涂起始点距离G1点的横纵坐标均为D1/2，即为(YG1+D1/2,ZG1-D1/2)，横向轨迹到达Y轴坐标为D1/2时，即(YG2-D1/2,ZG1-D1/2)开始执行向下轨迹的规划，向下的轨迹长度为向下轨迹规划过后继续向左规划轨迹，直到Y轴坐标为YG1+D1/2；由此继续规划向下的轨迹长度为向下结束后再次向右规划，此时规划点的Z轴坐标大小到达喷涂贴合轨迹函数的定义域范围内，当向右规划到达时，暂停当前直线的规划，继续水平向右直到开始继续规划喷涂轨迹，即在y＝fi1(z)-D1/2到y＝fi2(z)+D1/2范围内中断喷涂轨迹的规划即可；由此过程循环往复，判断当前位置距离G3点的Z轴坐标长度小于则停止向下规划即完成此区域的喷涂轨迹的规划。
7.基于视觉引导的高空喷涂机器人喷涂控制方法，其特征在于，包括：
8.根据权利要求7所述的喷涂控制方法，其特征在于，还包括：
9.根据权利要求8所述的喷涂控制方法，其特征在于，还包括：
10.根据权利要求7至9中任一项所述的喷涂控制方法，其特征在于，步骤(3)包括：
...【技术特征摘要】
1.基于视觉引导的高空喷涂机器人喷涂轨迹规划方法，其特征在于，所述的高空喷涂机器人包括自行式升降平台，自行式升降平台台面前端安装有机械臂，台面后端位于机械臂两侧安装有相机a和相机b，两相机的视场区域能够覆盖机械臂的工作空间，机械臂末端安装有喷枪；
2.根据权利要求1所述的基于视觉引导的高空喷涂机器人喷涂轨迹规划方法，其特征在于，所述喷涂分界线通过对喷涂区域进行颜色分析确定，包括：
3.根据权利要求2所述的基于视觉引导的高空喷涂机器人喷涂轨迹规划方法，其特征在于，当检测不到已喷涂区域以及物体边界轨迹，则轨迹可通过轨迹间隔d1和喷涂区域四个边角点坐标g1、g2、g3、g4准确表达，其中喷涂起始点距离g1点的横纵坐标均为d1/2，即为(yg1+d1/2,zg1-d1/2)，横向轨迹到达y轴坐标为d1/2时，即(yg2-d1/2,zg2-d1/2)开始执行向下轨迹的规划，向下的轨迹长度为向下轨迹规划过后继续向左规划轨迹，直到y轴坐标为yg1+d1/2，再开始向右规划；由此过程循环往复，对当前视场下整个喷涂区域均完成喷涂轨迹的设定；在每次规划向下轨迹前均需要判断当前位置距离g3的z轴的大小，若大于则继续向下规划；在第八次横向轨迹的规划过后，该距离小于停止向下规划，即完成此喷涂区域的喷涂轨迹的规划。
4.根据权利要求2所述的基于视觉引导的高空喷涂机器人喷涂轨迹规划方法，其特征在于，当检测到已喷涂区域，且该区域边界为不规整的波浪线，先求解出喷涂边界轨迹的离散点在yz平面的拟合轨迹y＝fi(z)，则喷涂贴合轨迹为y＝fi(z)+d/2；根据喷涂区域四个边角点坐标g1、g2、g3、g4，则定义域为zg4≤z≤zg1；在yz平面设定喷涂起始点，距离上边界d/2，即z轴坐标为zg1-d/2，z轴坐标代入喷涂贴合轨迹为y＝fi(zg1-d/2)+d/2，则起始喷涂点为(fi(zg1-d/2)+d/2,zg1-d/2)，在第一条横向喷涂轨迹时呈水平向右喷涂，横向轨迹到达距离g2的y轴坐标为d/2时，即(yg2-d/2,zg1-d/2)开始执行向下轨迹的规划，向下的轨迹长度为由此开始水平向左规划喷涂轨迹，在喷涂点位与喷涂贴合轨迹重合时开始沿着该轨迹向下规划喷涂轨迹，直到纵向位移在z轴...
【专利技术属性】
技术研发人员：吕明明，龙政宇，钱建华，钟伟，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：
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