【技术实现步骤摘要】
本专利技术主要涉及机器人喷涂，具体为一种基于点云模型重建的双机器人喷涂系统与方法。
技术介绍
1、喷涂是一种常用的表面处理工艺，广泛应用于汽车、家电、船舶等产品的制造。由于人工喷涂的效率低下、劳动强度大、影响身体健康等缺点，工业机器人已逐渐代替人工进行喷涂。目前，机器人喷涂主要采用示教再现和离线编程方法，适用于单一品种、大批量的工件，对工件位姿一致性的要求高。
2、目前已经有将视觉检测技术与机器人技术相结合，利用视觉检测结果引导机器人进行喷涂的手段。但是，现有基于三维视觉实现自动喷涂的方法仍存在以下缺陷：(1)面向的工件结构相对简单，其表面主要为面积较大的简单平面和小曲率曲面，表面也基本为非中空面，如汽车表面的喷涂等，因此只要根据工件表面的点云即可规划机器人轨迹，无需要进行工件模型的三维重建，即目前的基于三维视觉实现自动喷涂的方法不能适用于针对结构较为复杂的工件。(2)工件基本采用单机器人喷涂，没有双(多)机器人的喷涂任务分配。
3、针对门型、梯形等结构件，其结构具有一定的复杂性，给机器人喷涂系统带来新的要求，主要体现在：(1)工件结构为中空结构，由角钢、槽钢、钢板等焊接而成，存在较多的内直角面和外直角面，在生成点云时由于视角的原因会有点云缺失，且表面也不是大面积的简单平面或小曲率曲面，需要获取所有待喷涂面的信息才能进行轨迹规划。(2)门型、梯形等工件结构相似，但尺寸大小不一(特别是长度)，因此难以通过工件翻转采用单机器人完成所有面的喷涂，需要两台机器人协作完成所有喷涂任务。(3)工件在输送线上的悬挂位姿
技术实现思路
1、本专利技术技术方案针对现有技术解决方案过于单一的技术问题，提供了显著不同于现有技术的解决方案，主要提供了一种基于点云模型重建的双机器人喷涂系统与方法，用以解决上述
技术介绍
中提出的现有基于三维视觉的自动喷涂技术对复杂结构件喷涂适应性差的技术问题。
2、本专利技术解决上述技术问题采用的技术方案为：
3、一种基于点云模型重建的双机器人喷涂系统，包括上位机、工件输送模块、点云检测及模型重建模块、机器人喷涂模块，所述工件输送模块包括输送线和安装在输送线上用于吊挂工件的吊钩，所述输送线上设有由位移传感器测控装置控制的输送线位移传感器，输送线下方设有点云检测区域和机器人喷涂区域；所述点云检测区域和机器人喷涂区域内均设有区域相机和由区域传感器测控装置控制的工件区域传感器；
4、所述点云检测及模型重建模块包括设置于点云检测区域所在区域的3d视觉传感器；
5、所述机器人喷涂模块包括两台分别位于输送线两相对侧的喷涂机器人和安装在喷涂机器人工作端的喷涂工具，以及用于控制喷涂机器人的机器人控制器；
6、所述上位机内设有区域图像检测算法模块、线点云生成算法模块、点云拼接算法模块、点云分割算法模块、模型重建算法模块、双机器人喷涂任务分配算法模块、机器人轨迹规划算法模块。
7、进一步地，所述输送线位移传感器为旋转式编码器，且旋转式编码器上安装有压在输送线上的滚轮；所述位移传感器测控装置用于产生可调整脉冲信号，并将脉冲信号通过上位机发送给3d视觉传感器和机器人控制器，所述3d视觉传感器内设有用于接收脉冲信号而触发采图的面阵相机。
8、进一步地，所述工件区域传感器包括一组区域进入传感器和一组区域退出传感器，所述区域进入传感器用于检测工件是否进入某区域(点云检测区域或机器人喷涂区域)，所述区域退出传感器用于检测工件是否退出某区域(点云检测区域或机器人喷涂区域)。
9、进一步地，所述3d视觉传感器正对点云检测区域设置，所述3d视觉传感器包括面阵相机、线激光器和滤光片，所述滤光片安装在面阵相机前方，用于消除环境光干扰；所述面阵相机和线激光器连接至上位机。
10、本专利技术还提供了一种基于点云模型重建的双机器人喷涂方法，采用上述基于点云模型重建的双机器人喷涂系统，所述喷涂方法包括如下步骤：
11、s1、上位机控制输送线并带动工件线性运动，当工件区域传感器及区域相机检测到工件进入点云检测区域时，启动3d视觉传感器采集图像，同时输送线的位移通过输送线位移传感器采集，用于触发3d视觉传感器采图时跟踪输送带的运动，直至工件退出点云检测区域时停止采图；
12、s2、3d视觉传感器采集的图像实时传输给上位机，上位机运行线点云生成算法对采集的图像进行处理，得到每幅图像对应的线点云；
13、s3、上位机运行点云拼接算法将线点云拼接为场景点云；
14、s4、上位机通过点云分割算法得到工件点云；
15、s5、上位机依据工件点云运行模型重建算法进行工件三维模型重建；
16、s6、上位机提取工件三维模型的待喷涂面，运行双机器人喷涂任务分配算法，将所有待喷涂面分配给两台机器人；
17、s7、上位机针对喷涂任务运行机器人轨迹规划算法，并将规划轨迹数据发送给机器人控制器；
18、s8、当上位机通过工件区域传感器及区域相机检测到工件进入机器人喷涂区域时，启动喷涂机器人开始喷涂，同时输送线的位移通过输送线位移传感器采集，用于触发机器人喷涂时跟踪输送带的运动；机器人控制器按照规划轨迹控制喷涂机器人对工件进行跟踪喷涂。
19、进一步地，步骤s2中所述线点云生成算法包括线激光条纹图像中心线提取、线激光光平面标定、线点云生成三大处理步骤，所述线激光条纹图像中心线提取采用灰度重心法；所述线激光光平面标定采用张正友平面标定法，得到光平面在相机坐标系下的平面方程；联立该平面方程及相机成像模型方程求得线激光线条纹图像中心线对应的空间线点云。
20、进一步地，步骤s4中所述点云分割算法包括背景和噪声点云去除算法、工件吊钩点云分割算法、工件位姿计算算法、工件点云分割算法，
21、所述背景和噪声点云去除算法采用随机采样一致算法拟合背景板点云所在的平面，沿其法线方向构建包含工件点云的两平面，将两平面之内的点云保留，去除背景和大部分噪声点云；
22、所述工件吊钩点云分割算法为：对去除背景和噪声的点云采用随机采样一致算法提取工件正表面，沿正表面的法线方向构造距离略大于工件厚度、且包含工件点云的平面，保留平面内的点云，即为工件吊钩点云；
23、所述工件位姿计算算法为：在工件点云上构造工件点云坐标系{p}，其中：以工件正表面的法向向量作为z向方向向量，以工件正表面的上边界线构造x向方向向量，以x向和z向方向向量的叉乘得到y向方向向量，以工件点云的左下顶点为原点构建工件点云坐标系，并计算工件点云坐标系{p}在相机坐标系下的位姿；
24、所述工件点云分割算法采用平面xoz切割工件吊钩点云，保留平面以上的吊钩点云直线段，采用随机采样一致算法拟合该点云直线段，以拟后的直线为轴线构造包含吊钩弯头点云的圆柱分割面，去本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于点云模型重建的双机器人喷涂系统，其特征在于：包括上位机、工件输送模块、点云检测及模型重建模块、机器人喷涂模块，所述工件输送模块包括输送线(5)和安装在输送线(5)上用于吊挂工件(6)的吊钩(7)，所述输送线(5)上设有由位移传感器测控装置控制的输送线位移传感器(4)，输送线(5)下方设有点云检测区域(8)和机器人喷涂区域(9)；所述点云检测区域(8)和机器人喷涂区域(9)内均设有区域相机(2)和由区域传感器测控装置控制的工件区域传感器(3)；
2.根据权利要求1所述的一种基于点云模型重建的双机器人喷涂系统，其特征在于：所述输送线位移传感器(4)为旋转式编码器，且旋转式编码器上安装有压在输送线(5)上的滚轮；所述位移传感器测控装置用于产生可调整脉冲信号，并将脉冲信号通过上位机发送给3D视觉传感器(1)和机器人控制器，所述3D视觉传感器(1)内设有用于接收脉冲信号而触发采图的面阵相机。
3.根据权利要求1所述的一种基于点云模型重建的双机器人喷涂系统，其特征在于：所述工件区域传感器(3)包括一组区域进入传感器和一组区域退出传感器，所述区域进入传感器用
4.根据权利要求1所述的一种基于点云模型重建的双机器人喷涂系统，其特征在于：所述3D视觉传感器(1)正对点云检测区域(8)设置，所述3D视觉传感器(1)包括面阵相机、线激光器和滤光片，所述滤光片安装在面阵相机前方，用于消除环境光干扰；所述面阵相机和线激光器连接至上位机。
5.一种基于点云模型重建的双机器人喷涂方法，其特征在于：采用权利要求1所述的基于点云模型重建的双机器人喷涂系统，所述喷涂方法包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种基于点云模型重建的双机器人喷涂方法，其特征在于：步骤S2中所述线点云生成算法包括线激光条纹图像中心线提取、线激光光平面标定、线点云生成三大处理步骤，所述线激光条纹图像中心线提取采用灰度重心法；所述线激光光平面标定采用张正友平面标定法，得到光平面在相机坐标系下的平面方程；联立该平面方程及相机成像模型方程求得线激光线条纹图像中心线对应的空间线点云。
7.根据权利要求5所述的一种基于点云模型重建的双机器人喷涂方法，其特征在于：步骤S4中所述点云分割算法包括背景和噪声点云去除算法、工件吊钩点云分割算法、工件位姿计算算法、工件点云分割算法，
8.根据权利要求7所述的一种基于点云模型重建的双机器人喷涂方法，其特征在于：步骤S5中所述模型重建算法包括基于工件点云切片投影的尺寸计算算法和工件三维模型重建，上位机通过基于工件点云切片投影的尺寸计算算法得到工件尺寸，具体方法是：将工件的工件点云沿坐标系{P}的x、y、z方向向量投影，得到投影后点云，分别对投影后点云等距离切片，计算每段切片后点云在切片方向的最大尺寸，然后求其平均值，得到该方向的工件尺寸；
9.根据权利要求5所述的一种基于点云模型重建的双机器人喷涂方法，其特征在于：步骤S6中所述双机器人喷涂任务分配算法为：首先采用三维软件进行模型的特征面提取，得到工件所有表面的顶点和法线信息，并将所有表面标记为X向面、Y向面、Z向面；其次进行任务预先分配，确定只能由单个机器人喷涂的工件表面，方法是：所有Z向面只分配给正对的机器人，所有的X向面、Y向面要根据其与相邻Z向面的夹角划分为内直角面和外直角面，当X向面、Y向面与相邻Z向面的夹角在90°时为内直角面，当其与相邻Z向面的夹角为270°时为外直角面，其中内直角面只能分配给相邻Z向面正对的机器人；最后，将所有外直角面作为剩余任务分配给任一机器人，分配时使得分配给两机器人的待喷涂表面面积接近。
10.根据权利要求5所述的一种基于点云模型重建的双机器人喷涂方法，其特征在于：步骤S7中所述机器人轨迹规划算法包括路径规划算法、路径连接算法、轨迹生成算法，所述路径规划算法采用扫描线法，即以喷涂面外轮廓线的长边作为扫描初始线，其扫描初始线的面内法线方向为扫描方向，设置扫描间隔，计算得到若干条扫描线，采用Z型连接法连接成为面内喷涂路径；所述路径连接算法采用最路径连接法，即第一路径的起点与机器人待机点距离最短，下一路径的起点与前一路径的终点距离最短；所述轨迹生成算法采用高次多项式将喷涂路径转化为机器人轨迹。
...【技术特征摘要】
1.一种基于点云模型重建的双机器人喷涂系统，其特征在于：包括上位机、工件输送模块、点云检测及模型重建模块、机器人喷涂模块，所述工件输送模块包括输送线(5)和安装在输送线(5)上用于吊挂工件(6)的吊钩(7)，所述输送线(5)上设有由位移传感器测控装置控制的输送线位移传感器(4)，输送线(5)下方设有点云检测区域(8)和机器人喷涂区域(9)；所述点云检测区域(8)和机器人喷涂区域(9)内均设有区域相机(2)和由区域传感器测控装置控制的工件区域传感器(3)；
2.根据权利要求1所述的一种基于点云模型重建的双机器人喷涂系统，其特征在于：所述输送线位移传感器(4)为旋转式编码器，且旋转式编码器上安装有压在输送线(5)上的滚轮；所述位移传感器测控装置用于产生可调整脉冲信号，并将脉冲信号通过上位机发送给3d视觉传感器(1)和机器人控制器，所述3d视觉传感器(1)内设有用于接收脉冲信号而触发采图的面阵相机。
3.根据权利要求1所述的一种基于点云模型重建的双机器人喷涂系统，其特征在于：所述工件区域传感器(3)包括一组区域进入传感器和一组区域退出传感器，所述区域进入传感器用于检测工件(6)是否进入某区域，所述区域退出传感器用于检测工件(6)是否退出某区域。
4.根据权利要求1所述的一种基于点云模型重建的双机器人喷涂系统，其特征在于：所述3d视觉传感器(1)正对点云检测区域(8)设置，所述3d视觉传感器(1)包括面阵相机、线激光器和滤光片，所述滤光片安装在面阵相机前方，用于消除环境光干扰；所述面阵相机和线激光器连接至上位机。
5.一种基于点云模型重建的双机器人喷涂方法，其特征在于：采用权利要求1所述的基于点云模型重建的双机器人喷涂系统，所述喷涂方法包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种基于点云模型重建的双机器人喷涂方法，其特征在于：步骤s2中所述线点云生成算法包括线激光条纹图像中心线提取、线激光光平面标定、线点云生成三大处理步骤，所述线激光条纹图像中心线提取采用灰度重心法；所述线激光光平面标定采用张正友平面标定法，得到光平面在相机坐标系下的平面方程；联立该平面方程及相机成像模型...
【专利技术属性】
技术研发人员：姜星星，王化明，沈颖，刘玉朝，朱士英，郝琳博，姜少华，刘海洋，
申请(专利权)人：宝应帆洋船舶电器配件制造有限公司，
类型：发明
国别省市：
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