智能汽車(chē)噴漆烤漆一體化機(jī)器人的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種智能汽車(chē)噴漆烤漆一體化機(jī)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(jī)械手單元、噴漆自主移動(dòng)小車(chē)單元、烤漆機(jī)械手單元、烤漆自主移動(dòng)小車(chē)單元、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、電源供電系統(tǒng)單元。自主移動(dòng)小車(chē)的滾輪在圓周軌道上移動(dòng)，采用移動(dòng)雙機(jī)械手協(xié)同的噴漆烤漆方法，采用有軌供電模式、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信模式實(shí)現(xiàn)了“無(wú)人、無(wú)纜、無(wú)線(xiàn)”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(chē)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(duì)人身體的傷害，真正意義的實(shí)現(xiàn)了局部汽車(chē)修理的智能無(wú)人噴漆烤漆一體化。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
智能汽車(chē)噴漆烤漆一體化機(jī)器人
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種通過(guò)三維激光掃描技術(shù)和圖像處理識(shí)別技術(shù)進(jìn)行汽車(chē)維修部位計(jì)算機(jī)數(shù)字化精確建模和匹配，通過(guò)對(duì)汽車(chē)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(guò)兩個(gè)分布在同一軌道上的自主移動(dòng)機(jī)械手進(jìn)行噴漆、烤漆一體化的汽車(chē)局部鈑金噴漆烤漆技術(shù)，尤其涉及一種智能汽車(chē)噴漆烤漆一體化機(jī)器人?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002] 汽車(chē)行業(yè)是我國(guó)重要的支柱產(chǎn)業(yè)，特別是進(jìn)入21世紀(jì)，我國(guó)已經(jīng)成為世界汽車(chē)生產(chǎn)及消費(fèi)大國(guó)。據(jù)中國(guó)汽車(chē)行業(yè)市場(chǎng)調(diào)查報(bào)告顯示，2001年中國(guó)汽車(chē)的產(chǎn)銷(xiāo)量?jī)H為200余萬(wàn)輛，但在2006年產(chǎn)銷(xiāo)量已雙雙突破700萬(wàn)輛，工信部發(fā)布2014年全年汽車(chē)工業(yè)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行情況，數(shù)據(jù)顯示，2014年我國(guó)累計(jì)銷(xiāo)售汽車(chē)2349.19萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)6.9%，產(chǎn)銷(xiāo)量保持世界第一。2011年8月末，我國(guó)汽車(chē)保有量首次突破1億輛，預(yù)計(jì)到2020年，我國(guó)汽車(chē)保有量將突破2億輛。
[0003] 汽車(chē)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(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，在汽車(chē)生產(chǎn)領(lǐng)域通過(guò)機(jī)械手進(jìn)行整車(chē)噴漆的生產(chǎn)線(xiàn)已經(jīng)很成熟，如奔馳、寶馬、奧迪等大部分汽車(chē)生產(chǎn)廠商采用的ABB公司生產(chǎn)的噴漆機(jī)器人進(jìn)行整車(chē)和批量汽車(chē)部件的流水線(xiàn)噴涂。噴涂機(jī)器人相對(duì)于其他噴漆方法來(lái)說(shuō)有如下優(yōu)點(diǎn):第一，噴涂機(jī)器人不受車(chē)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(jī)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(dòng)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(guò)機(jī)器人示教可以得到不同工件的噴漆程序，噴漆機(jī)器人可以應(yīng)用于各種噴漆領(lǐng)域，因此，尤其是在汽車(chē)制造業(yè)中噴漆機(jī)器人發(fā)揮著無(wú)可替代的作用；第四，噴漆機(jī)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(guó)外機(jī)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(dòng)噴漆生產(chǎn)線(xiàn)為了快速適用市場(chǎng)變化都轉(zhuǎn)化為以噴涂機(jī)器人為主體的噴漆生產(chǎn)線(xiàn)。國(guó)外生產(chǎn)噴涂機(jī)器人的公司主要有:ABB、FANUC、YASKAWA、KAWASAKI等。以上公司生產(chǎn)的噴涂機(jī)器人在國(guó)內(nèi)應(yīng)用很廣，大部分使用在線(xiàn)示教的編程方式。不需要實(shí)時(shí)對(duì)整車(chē)進(jìn)行環(huán)境感知和建模，整個(gè)機(jī)械手運(yùn)行軌跡通過(guò)在線(xiàn)試教的方式進(jìn)行重復(fù)性的程序化流水線(xiàn)作業(yè)，而且所噴涂的對(duì)象大部分為整車(chē)或批量汽車(chē)部件的噴涂。
[0005] 我國(guó)的噴漆機(jī)器人在工業(yè)應(yīng)用方面跟國(guó)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(kāi)發(fā)等。北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所在1991年研發(fā)出我國(guó)第一條機(jī)器人自動(dòng)噴涂生產(chǎn)線(xiàn)，并成功的將該噴漆生產(chǎn)線(xiàn)應(yīng)用在東風(fēng)系列駕駛室，隨后北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所有先后研發(fā)出了 PJ系列電液伺服噴涂機(jī)器人和EP系列電動(dòng)噴漆機(jī)器人。隨后有很多大學(xué)都開(kāi)發(fā)了各自的噴涂機(jī)器人樣機(jī)，但是大部分沒(méi)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(guó)的噴涂機(jī)器人處在初步階段，許多關(guān)鍵問(wèn)題和技術(shù)需要逐步去解決和完善。目前示教在線(xiàn)編程是機(jī)器人編程技術(shù)的主要方法，而噴涂機(jī)器人對(duì)于離線(xiàn)編程技術(shù)的研究，大部分利用國(guó)外的技術(shù)對(duì)噴槍路徑規(guī)劃技術(shù)進(jìn)行研究以及對(duì)噴槍建模建立的研究。湖北汽車(chē)學(xué)院結(jié)合東風(fēng)汽車(chē)公司的噴涂生產(chǎn)線(xiàn)研究了機(jī)器人控制系統(tǒng)及涂裝線(xiàn)上零件的識(shí)別技術(shù)，對(duì)于噴漆機(jī)器人與自動(dòng)化的噴涂生產(chǎn)線(xiàn)研究來(lái)說(shuō)，機(jī)械工業(yè)自動(dòng)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(guó)關(guān)于噴涂機(jī)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(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了汽車(chē)維修維護(hù)產(chǎn)業(yè)的繁榮，全國(guó)的4S店雨后春筍般的發(fā)展，主要為后期的汽車(chē)維護(hù)保養(yǎng)維修提供保障，同時(shí)各種私營(yíng)的規(guī)模較小的汽車(chē)修理店面也占有較大的市場(chǎng)，由于4S店的維護(hù)成本較高，使得保修期過(guò)后的車(chē)主漸漸的離開(kāi)4S店保養(yǎng)維修車(chē)輛，選擇成本較低，服務(wù)較好，有一定質(zhì)量保證的汽修門(mén)店進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)和維修。 汽車(chē)維護(hù)修理除了機(jī)修、保養(yǎng)、裝飾美容外，汽車(chē)剮蹭導(dǎo)致的鈑金噴漆的修理在汽車(chē)修理中占有很大比重，這種局部鈑金噴漆修理和汽車(chē)生產(chǎn)廠家的噴漆有著不同的處理方式，汽車(chē)生產(chǎn)廠家的鈑金噴漆屬于整車(chē)噴漆，屬于流水線(xiàn)作業(yè)，可以通過(guò)機(jī)械手等自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行快速批量處理，而且每種型號(hào)的汽車(chē)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(guò)機(jī)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(guò)程中，無(wú)論是大品牌的4S店還是較小的汽車(chē)修理門(mén)店均是采用人工進(jìn)行噴漆，烤漆可以通過(guò)專(zhuān)用的烤漆房對(duì)已經(jīng)噴漆后的汽車(chē)進(jìn)行專(zhuān)門(mén)烘烤。這種通過(guò)人工噴漆進(jìn)行鈑金修理的方法主要是由于大部分車(chē)輛是局部剮蹭，進(jìn)行的是局部修理，因此目前還沒(méi)有自動(dòng)化的修理方案。
[0007]本發(fā)明專(zhuān)利是依據(jù)以下背景需求提出的。
[0008]第一，本發(fā)明專(zhuān)利提出的是基于汽車(chē)局部鈑金噴漆烤漆一體化的需求提出的，與現(xiàn)有汽車(chē)生產(chǎn)廠家的整車(chē)噴漆和烤漆有著較大的不同，整車(chē)只需要在流水線(xiàn)上機(jī)械手按照預(yù)訂的程序?qū)ν恍吞?hào)的汽車(chē)部件進(jìn)行噴涂，不用對(duì)汽車(chē)的局部部位進(jìn)行識(shí)別。而且這種局部噴涂在汽車(chē)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(duì)汽車(chē)表面進(jìn)行噴涂，在工人進(jìn)行噴涂過(guò)程時(shí)，會(huì)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(lèi)、醛類(lèi)等，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)情緒等因素對(duì)產(chǎn)品的噴涂質(zhì)量影響較大。這種對(duì)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(jī)器人的研發(fā)。
[0010]第三，隨著我國(guó)人口逐漸進(jìn)入老齡化社會(huì)，用工成本逐漸增加，尤其是具有較高水平的汽車(chē)修理服務(wù)業(yè)方面的技師越來(lái)越稀缺，而且人工成本將逐年激增，汽車(chē)鈑金噴漆維修方面急需要通過(guò)機(jī)器人進(jìn)行汽車(chē)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(guò)三維激光掃描技術(shù)和圖像處理識(shí)別技術(shù)進(jìn)行汽車(chē)維修部位計(jì)算機(jī)數(shù)字化精確建模和匹配，通過(guò)對(duì)汽車(chē)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(gè)分布在同一軌道上的自主移動(dòng)機(jī)械手進(jìn)行汽車(chē)局部鈑金噴漆烤漆一體化的智能汽車(chē)噴漆烤漆一體化機(jī)器人。
[0012]本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0013]本發(fā)明的智能汽車(chē)噴漆烤漆一體化機(jī)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(jī)械手單元、噴漆自主移動(dòng)小車(chē)單元、烤漆機(jī)械手單元、烤漆自主移動(dòng)小車(chē)單元、無(wú)線(xiàn)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(jì)算機(jī)20、控制臺(tái)21、控制室23、控制箱16、人員操作椅22、控制室門(mén)24 ;所述的工作站計(jì)算機(jī)20內(nèi)部包括:視覺(jué)激光輔助處理平臺(tái)、觸摸屏、 遙操作臺(tái)、圖傳接收模塊、數(shù)傳接收模塊、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡、機(jī)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(tái)29、掃描儀攝像機(jī)行走軌道12、無(wú)線(xiàn)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(tái)29上，通過(guò)帶電機(jī)的滾輪在掃描儀攝像機(jī)行走軌道12上移動(dòng)，通過(guò)無(wú)線(xiàn)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(jī)15、C⑶像機(jī)云臺(tái)14、掃描儀攝像機(jī)行走軌道12、無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)射模塊構(gòu)成，其中CCD像機(jī)15固定在CCD像機(jī)云臺(tái)14上，通過(guò)帶電機(jī)的滾輪在掃描儀攝像機(jī)行走軌道12上移動(dòng)，通過(guò)無(wú)線(xiàn)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(jī)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(guò)濾絲棉25、照明烤燈27 ;離心風(fēng)機(jī)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(guò)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(mén)5構(gòu)成噴烤漆房1的整體框架。
[0018] 所述的噴漆機(jī)械手單元包括:噴漆噴槍2、噴漆機(jī)械臂3、漆料盒；其中噴漆噴槍2 送料管處通過(guò)電磁閥控制噴漆噴槍2的關(guān)斷，漆料盒通過(guò)密封的輸料管與噴槍料口連接， 安裝在噴漆自主移動(dòng)小車(chē)內(nèi)部有氣栗，從而給噴槍提供高壓空氣。所述的噴漆機(jī)械臂3安裝在底盤(pán)上的步進(jìn)電機(jī)經(jīng)過(guò)錐齒輪傳動(dòng)后，將運(yùn)動(dòng)傳遞到腰部立柱上，以實(shí)現(xiàn)腰部的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。安裝在腰部立柱上部的步進(jìn)電機(jī)經(jīng)過(guò)兩級(jí)錐齒輪傳動(dòng)后，將運(yùn)動(dòng)傳遞到臂部，以實(shí)臂腰部的俯仰運(yùn)動(dòng)。安裝在臂部的零部件除電機(jī)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(jī)經(jīng)過(guò)同步帶傳動(dòng)后，將運(yùn)動(dòng)傳遞到腕部，實(shí)現(xiàn)腕部的俯仰運(yùn)動(dòng)。
[0019] 所述的噴漆自主移動(dòng)小車(chē)單元包括:噴漆行進(jìn)模塊4,其中包括:軌道驅(qū)動(dòng)輪、軌道萬(wàn)向輪、左側(cè)萬(wàn)向支撐輪、右側(cè)萬(wàn)向支撐輪構(gòu)成的單驅(qū)動(dòng)四輪小車(chē)；驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸通過(guò)蝸輪蝸桿自鎖機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)軌道驅(qū)動(dòng)輪在機(jī)器人行走軌道11上的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而載著機(jī)械手在沿機(jī)器人行走軌道11自由滑動(dòng)，車(chē)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(dòng)和有保持轉(zhuǎn)矩的步進(jìn)電機(jī)，不需外加的固定裝置。
[0020] 所述的烤漆機(jī)械手單元包括:烤漆烤燈8、烤漆機(jī)械臂9 ;其中烤漆烤燈8固定在烤漆機(jī)械臂9前端，其他構(gòu)成方式和噴漆機(jī)械臂3相同。[0021 ] 所述的烤漆自主移動(dòng)小車(chē)單元和噴漆自主移動(dòng)小車(chē)單元構(gòu)成相同。
[0022] 所述的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)是指整個(gè)系統(tǒng)可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)單個(gè)噴烤漆房到多個(gè)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(jī)械手電源、噴漆自主移動(dòng)小車(chē)單元電源、烤漆機(jī)械手單元電源、烤漆自主移動(dòng)小車(chē)單元電源；整個(gè)電源系統(tǒng)主要分成如下幾個(gè)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(guò)機(jī)器人行走軌道提供交流電源，自主移動(dòng)小車(chē)的滾輪通過(guò)與軌道接觸將交流電提供給小車(chē)和機(jī)械手的逆變模塊，從而為機(jī)械手的各個(gè)關(guān)節(jié)電機(jī)提供所需要的各個(gè)電壓等級(jí)的電壓?？酒釞C(jī)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(shí)施例提供的智能汽車(chē)噴漆烤漆一體化機(jī)器人，通過(guò)三維激光掃描技術(shù)和圖像處理識(shí)別技術(shù)進(jìn)行汽車(chē)維修部位計(jì)算機(jī)數(shù)字化精確建模和匹配，通過(guò)對(duì)汽車(chē)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(gè)分布在同一軌道上的自主移動(dòng)機(jī)械手進(jìn)行汽車(chē)局部鈑金噴漆烤漆一體化，真正實(shí)現(xiàn)了無(wú)人化、無(wú)纜化、自主噴烤漆的汽車(chē)鈑金噴烤漆的維修過(guò)程，為汽車(chē)維護(hù)維修開(kāi)辟了智能化的新局面?！靖綀D說(shuō)明】
[0025]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的智能汽車(chē)噴漆烤漆一體化機(jī)器人的主視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的智能汽車(chē)噴漆烤漆一體化機(jī)器人的系統(tǒng)功能示意圖。
[0027]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的智能汽車(chē)噴漆烤漆一體化機(jī)器人的控制流程圖。
[0028]圖1中:1、噴烤漆房，2、噴漆噴槍?zhuān)?、噴漆機(jī)械臂，4、噴漆行進(jìn)模塊，5、密封門(mén)，6、 斜坡防滑墊，7、烤漆行進(jìn)模塊，8、烤漆烤燈，9、烤漆機(jī)械臂，10、汽車(chē)，11、機(jī)器人行走軌道， 12、掃描儀攝像機(jī)行走軌道，13、出風(fēng)口，14、C⑶像機(jī)云臺(tái)，15、(XD像機(jī)，16、控制箱，17、通風(fēng)管道，18、離心風(fēng)機(jī)，19、進(jìn)風(fēng)管道，20、控制工作站，21、控制臺(tái)，22、人員操作椅，23、控制室，24、控制室門(mén)，25、高密度過(guò)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(tái)。【具體實(shí)施方式】
[0029]下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。本發(fā)明的智能汽車(chē)噴漆烤漆一體化機(jī)器人，其較佳的【具體實(shí)施方式】如下所述。
[0030]本發(fā)明的智能汽車(chē)噴漆烤漆一體化機(jī)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(jī)械手單元、噴漆自主移動(dòng)小車(chē)單元、烤漆機(jī)械手單元、烤漆自主移動(dòng)小車(chē)單元、無(wú)線(xiàn)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(jì)算機(jī)、視覺(jué)激光輔助處理平臺(tái)、觸摸屏、遙操作臺(tái)、圖傳接收模塊、數(shù)傳接收模塊、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡構(gòu)成，其中工作站計(jì)算機(jī)具有較強(qiáng)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(jué)圖像數(shù)據(jù)的處理和計(jì)算，同時(shí)接收噴漆機(jī)械手和烤漆機(jī)械手的狀態(tài)數(shù)據(jù)，進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和計(jì)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(tái)、軌道滑行機(jī)構(gòu)、無(wú)線(xiàn)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(tái)上，能夠通過(guò)發(fā)射的激光面探測(cè)汽車(chē)的模型數(shù)據(jù)，精度很高，二自由度云臺(tái)能夠在實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)和擺動(dòng)，保證激光掃描儀對(duì)汽車(chē)掃描的初始位置調(diào)整。軌道滑行機(jī)構(gòu)使得云臺(tái)能夠沿噴烤漆房的頂部布置的軌道上自由滑動(dòng)，同時(shí)具有自鎖功能，云臺(tái)具有增穩(wěn)功能。無(wú)線(xiàn)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(chē)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(jī)、二自由度云臺(tái)、軌道滑行機(jī)構(gòu)、無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)射模塊。CCD相機(jī)固定在二自由度云臺(tái)上，能夠通過(guò)CCD探測(cè)汽車(chē)的圖像數(shù)據(jù)，二自由度云臺(tái)能夠在實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)和擺動(dòng)，保證CCD對(duì)汽車(chē)拍攝圖像的初始位置調(diào)整。軌道滑行機(jī)構(gòu)使得云臺(tái)能夠沿噴烤漆房的頂部布置的軌道上自由滑動(dòng)，同時(shí)具有自鎖功能，云臺(tái)具有增穩(wěn)功能。無(wú)線(xiàn)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(chē)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(jī)、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(guò)濾絲棉、照明烤燈等構(gòu)成。其中保證噴烤漆房?jī)?nèi)部的空氣流動(dòng)是十分必要的，尤其是將噴烤漆房?jī)?nèi)制造一個(gè)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(huì)四處飛濺，同時(shí)保證噴烤漆房?jī)?nèi)具有一定的壓力，能夠迅速將漆沫沉淀下來(lái)，也有利于防爆。漆料與鈑金表面較好的附著，需要有一個(gè)固定溫度，保證漆料經(jīng)過(guò)機(jī)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?jī)?nèi)適當(dāng)?shù)臏囟?，烤燈也提供照明作用，保證噴烤漆房?jī)?nèi)有一定的照明度，有利與機(jī)械手噴漆烤漆的CCD相機(jī)反饋。漆料經(jīng)過(guò)高壓槍噴出是霧狀，擴(kuò)散到空氣中容易污染環(huán)境，因此通過(guò)高密度過(guò)濾絲棉將噴烤漆房?jī)?nèi)的霧狀漆料過(guò)濾掉，不會(huì)造成環(huán)境污染。
[0035]所述的噴漆機(jī)械手單元包括漆料盒、噴槍、底盤(pán)、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(guò)電磁閥控制噴槍的關(guān)斷，漆料盒通過(guò)密封的輸料管與噴槍料口連接，安裝在噴漆自主移動(dòng)小車(chē)內(nèi)部有氣栗，從而給噴槍提供高壓空氣。安裝在底盤(pán)上的步進(jìn)電機(jī)經(jīng)過(guò)錐齒輪傳動(dòng)后，將運(yùn)動(dòng)傳遞到腰部立柱上，以實(shí)現(xiàn)腰部的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。安裝在腰部立柱上部的步進(jìn)電機(jī)經(jīng)過(guò)兩級(jí)錐齒輪傳動(dòng)后，將運(yùn)動(dòng)傳遞到臂部，以實(shí)臂腰部的俯仰運(yùn)動(dòng)。安裝在臂部的零部件除電機(jī)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(jī)經(jīng)過(guò)同步帶傳動(dòng)后，將運(yùn)動(dòng)傳遞到腕部，實(shí)現(xiàn)腕部的俯仰運(yùn)動(dòng)。從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械手靈活運(yùn)動(dòng)。
[0036]所述的噴漆自主移動(dòng)小車(chē)單元包括軌道驅(qū)動(dòng)輪、軌道萬(wàn)向輪、左側(cè)萬(wàn)向支撐輪、右側(cè)萬(wàn)向支撐輪構(gòu)成的單驅(qū)動(dòng)四輪小車(chē)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸通過(guò)蝸輪蝸桿自鎖機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)軌道驅(qū)動(dòng)輪在軌道上的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而載著機(jī)械手在沿軌道自由滑動(dòng)，車(chē)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(dòng)和有保持轉(zhuǎn)矩的步進(jìn)電機(jī)，不需外加的固定裝置。
[0037]所述的烤漆機(jī)械手單元及烤漆自主移動(dòng)小車(chē)單元和噴漆機(jī)械手單元及噴漆自主移動(dòng)小車(chē)單元相似，唯一不同的地方是噴漆機(jī)械手單元前部安裝的是噴槍?zhuān)酒釞C(jī)械手單元前部安裝的是高功率電動(dòng)烤燈。
[0038]所述的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)是指整個(gè)系統(tǒng)可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)單個(gè)噴烤漆房到多個(gè)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(jī)械手電源、噴漆自主移動(dòng)小車(chē)單元電源、烤漆機(jī)械手單元電源、烤漆自主移動(dòng)小車(chē)單元電源；整個(gè)電源系統(tǒng)主要分成如下幾個(gè)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(guò)機(jī)器人行走軌道提供交流電源，自主移動(dòng)小車(chē)的滾輪通過(guò)與軌道接觸將交流電提供給小車(chē)和機(jī)械手的逆變模塊，從而為機(jī)械手的各個(gè)關(guān)節(jié)電機(jī)提供所需要的各個(gè)電壓等級(jí)的電壓?？酒釞C(jī)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(diǎn)，采用移動(dòng)機(jī)械手的噴漆烤漆方法，對(duì)汽車(chē)局部鈑金修理采用人工噴漆方法是一個(gè)重要突破，同時(shí)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(duì)人身體的傷害，真正意義的實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)智能無(wú)人噴漆烤漆一體化。同時(shí)，采用雙機(jī)械手協(xié)同配合，也是目前最前沿的協(xié)同機(jī)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(shí)將通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的形式實(shí)現(xiàn)了無(wú)電源電纜和通信電纜的機(jī)器人供電通信方法，使得機(jī)器人在軌道上運(yùn)行過(guò)程中不至于纜線(xiàn)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(chē)修理數(shù)字化，便于后期的全自動(dòng)維修實(shí)現(xiàn)。相信本發(fā)明的實(shí)際開(kāi)發(fā)和產(chǎn)品推廣會(huì)給汽車(chē)修理業(yè)帶來(lái)巨大的革命。
[0041]本發(fā)明的上述智能汽車(chē)噴漆烤漆一體化機(jī)器人系統(tǒng)如圖2所示，本發(fā)明的智能汽車(chē)噴漆烤漆一體化機(jī)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(jī)械手單元、噴漆自主移動(dòng)小車(chē)單元、烤漆機(jī)械手單元、烤漆自主移動(dòng)小車(chē)單元、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、電源供電系統(tǒng)單元。
[0042]整個(gè)機(jī)器人噴烤漆一體化過(guò)程控制方法，如圖3所示，包括步驟:通過(guò)激光掃描儀和視覺(jué)圖像CCD采集數(shù)據(jù)，進(jìn)行建模分析，通過(guò)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(guò)CAD數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，最終通過(guò)機(jī)械手軌跡規(guī)劃算法，給出噴漆部位的規(guī)劃軌跡，通過(guò)幾何分析和計(jì)算，在機(jī)械手噴槍與汽車(chē)鈑金表面距離、噴角、噴射漆錐面等參數(shù)約束下，分析機(jī)械手的運(yùn)行空間和噴涂機(jī)械手運(yùn)行軌跡的合理性，若計(jì)算和分析結(jié)論不能滿(mǎn)足要求，需要重新調(diào)整設(shè)置參數(shù)，再進(jìn)行分析和計(jì)算，直到得到較好的機(jī)械手噴槍運(yùn)行軌跡為止，然后通過(guò)機(jī)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(guò)視覺(jué)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(guò)遙操作平臺(tái)人工進(jìn)行噴補(bǔ)，直到滿(mǎn)意為止。若機(jī)械手噴涂較為滿(mǎn)意，這時(shí)調(diào)用烤漆機(jī)械手烤漆程序，烤漆機(jī)械手的軌跡規(guī)劃和噴漆的機(jī)械手運(yùn)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(guò)程，確認(rèn)烘烤結(jié)束后，通過(guò)視覺(jué)圖像分析程序分析烤漆效果如何，若滿(mǎn)意則整個(gè)過(guò)程結(jié)束，若機(jī)械手烤漆效果不好，通過(guò)遙操作平臺(tái)人工進(jìn)行烤補(bǔ)，直到滿(mǎn)意為止。遙操作平臺(tái)通過(guò)手柄手動(dòng)無(wú)線(xiàn)控制噴漆、烤漆機(jī)械手和各自的自主移動(dòng)小車(chē)。圖傳接收模塊用來(lái)實(shí)現(xiàn)視頻CCD的圖像無(wú)線(xiàn)實(shí)時(shí)采集、傳輸和處理。數(shù)傳接收模塊用來(lái)實(shí)現(xiàn)激光掃描儀掃描數(shù)據(jù)、噴烤漆機(jī)械手姿態(tài)傳感器數(shù)據(jù)、自主移動(dòng)小車(chē)運(yùn)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(gè)系統(tǒng)可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)單個(gè)噴烤漆房到多個(gè)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(shí)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(shū)的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種智能汽車(chē)噴漆烤漆一體化機(jī)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(jī)械手單元、噴漆自主移動(dòng)小車(chē)單元、 烤漆機(jī)械手單元、烤漆自主移動(dòng)小車(chē)單元、無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)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(tái)、軌道滑行機(jī)構(gòu)、無(wú)線(xiàn)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(tái)上，能夠通過(guò)發(fā)射的激光面探測(cè)汽車(chē)的模型數(shù) 據(jù)，二自由度云臺(tái)能夠在實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)和擺動(dòng)，保證激光掃描儀對(duì)汽車(chē)掃描的初始位置調(diào)整，軌 道滑行機(jī)構(gòu)使得云臺(tái)能夠沿噴烤漆房的頂部布置的軌道上自由滑動(dòng)，同時(shí)具有自鎖功能， 云臺(tái)具有增穩(wěn)功能，無(wú)線(xiàn)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(chē)三維模型構(gòu)建；所述的CCD圖像采集處理單元包括CCD相機(jī)、二自由度云臺(tái)、軌道滑行機(jī)構(gòu)、無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù) 發(fā)射模塊，CCD相機(jī)固定在二自由度云臺(tái)上，能夠通過(guò)CCD探測(cè)汽車(chē)的圖像數(shù)據(jù)，二自由度 云臺(tái)能夠在實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)和擺動(dòng)，保證CCD對(duì)汽車(chē)拍攝圖像的初始位置調(diào)整，軌道滑行機(jī)構(gòu)使 得云臺(tái)能夠沿噴烤漆房的頂部布置的軌道上自由滑動(dòng)，同時(shí)具有自鎖功能，云臺(tái)具有增穩(wěn) 功能，無(wú)線(xiàn)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(chē)圖像處理；所述的噴漆機(jī)械手單元包括漆料盒、噴槍、底盤(pán)、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(guò)電磁閥控制噴槍的關(guān)斷，漆料盒通過(guò)密封的輸料管與噴槍料口連接，安裝在噴 漆自主移動(dòng)小車(chē)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(dòng)小車(chē)單元包括軌道驅(qū)動(dòng)輪、軌道萬(wàn)向輪、左側(cè)萬(wàn)向支撐輪、右側(cè)萬(wàn) 向支撐輪構(gòu)成的單驅(qū)動(dòng)四輪小車(chē)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸通過(guò)蝸輪蝸桿自鎖機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)軌道驅(qū)動(dòng)輪 在軌道上的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而載著機(jī)械手在沿軌道自由滑動(dòng)，車(chē)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(dòng)和有保持轉(zhuǎn)矩的步進(jìn)電機(jī)，不需外加的固定裝置；所述的烤漆機(jī)械手單元及烤漆自主移動(dòng)小車(chē)單元和噴漆機(jī)械手單元及噴漆自主移動(dòng) 小車(chē)單元相似，唯一不同的地方是噴漆機(jī)械手單元前部安裝的是噴槍?zhuān)酒釞C(jī)械手單元 前部安裝的是高功率電動(dòng)烤燈。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能汽車(chē)噴漆烤漆一體化機(jī)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(jī)械手電源、噴漆自主移動(dòng)小車(chē)單元電源、烤漆機(jī)械手單元電源、烤 漆自主移動(dòng)小車(chē)單元電源，整個(gè)電源系統(tǒng)主要分成如下幾個(gè)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(guò)機(jī)器人行走軌道提供交 流電源，自主移動(dòng)小車(chē)的滾輪通過(guò)與軌道接觸將交流電提供給小車(chē)和機(jī)械手的逆變模塊， 從而為機(jī)械手的各個(gè)關(guān)節(jié)電機(jī)提供所需要的各個(gè)電壓等級(jí)的電壓；烤漆機(jī)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(chē)噴漆烤漆一體化機(jī)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(jī)、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(guò)濾絲棉、照明烤燈等構(gòu)成；所述的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)是指整個(gè)系統(tǒng)可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)單個(gè)噴烤漆房到多個(gè)噴烤漆房 的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。
【文檔編號(hào)】B05D3/02GK105983502SQ201510120152
【公開(kāi)日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2015年3月19日
【發(fā)明人】何守印, 張立燕
【申請(qǐng)人】何守印