基于点云切片技术的喷涂机器人自编程技术研究中绪论

第1章绪论

1.1课题来源及研究的背景和意义

1.1.2课题研究的背景和意义

目前，机器人在塑料制品、电子产品、汽车及机械加工等领域中己经被广泛地采用，由于机器人能够适应各种不同的作业环境和生产要求，工业上用来进行不同生产任务的机器人的种类也越来越多，因此机器人必将取代某些简单场合下的人类劳动而成为社会生产作业的“主要劳动力”，而人类也将从繁琐的、单调乏味的重复工作中获得解放，远离危害健康甚至有生命危险的生产作业。在喷涂作业中，由于喷涂过程中使用的化学涂料含有对人体有害的成分，而且一般的喷涂车间都是与周边隔绝的，通风条件很差，因此随着机器人的发展，在喷涂领域中也越来越多地使用机器人进行生产作业。

喷涂机器人的广泛使用让劳动者从有害的工作环境中摆脱出来，不仅改善了工人的劳动环境，而且在保证生产质量的同时还提高了产量，因此长远地来看还降低了生产成本。在工业机器人控制中，机器人的运动路径规划有着非常重要的作用，它决定了机器人能否很好地完成生产作业，因此在喷涂机器人的研究中喷涂路径规划是一个最基本也最重要的问题。通过人为示教喷涂点来规划机器人的喷涂运动的方法称为人工示教法，这种方法在早期因为简单而被大量使用，但是却会使工人处于有毒的工作环境中，并且因为工人的水平参差不齐无法保证生产质量，不仅生产效率低还会浪费大量涂料。喷涂路径自动规划方法利用路径规划算法根据待喷涂工件的特征自动规划喷枪路径，这样就不仅克服了人工示教法的不足，而且从根本上保障了工人的健康状况和生命安全，也极大地提高了机器人的喷涂质量、生产效率和智能化水平。

本文借助于逆向工程技术，使得机器人系统具有自动识别工件的能力，实现对于多品种不同工件的柔性化喷涂。在20世纪90年代初，逆向工程技术作为利用计算机进行产品创新设计制造的一种独特手段，便引起各国工业界和学术界的高度重视，逆向工程技术也迎来了它的春天，但是由于其数据采集设备需要高额的成本而大大限制了它的应用和推广。目前，伴随着低成本消费级的三维测量传感器如微软公司开发推出的Kinect for windows、华硕的Xtion Pro等的出现和普及，越来越多的人开始使用廉价的消费级三维传感器进行产品的设计与开发，使得工业制造和生产中智能化的提升成为了可能。

如图1-1和图1-2所示，分别是高精度控制、高智能化的喷涂在军事领域和汽车工业中的应用，其伪装坦克表面的精细纹理和汽车伪装色图案的精确喷涂凸显了智能化在喷涂领域中的发展和意义。因此，在工业4.0和国家智能化发展战略的背景下，本课题基于逆向工程中的点云技术，对喷涂机器人的喷涂自编程技术展开研究，该技术能够显著改善喷涂工作环境，提高生产效率和智能化水平，在航空航天、汽车和军事领域等有着广泛的应用前景，尤其是在多品种柔性喷涂生产线上的应用更为突出。

本课题以江苏汇博机器人有限公司生产的HR20-1700-C 10型六自由度工业机器人为实验平台，基于逆向工程技术的应用，拟采用Kinect 2.0来获取工件的点云模型，借助于点云技术对点云数据进行处理得到重建的工件模型，再通过曲面分片算法和点云切片技术来自动生成喷涂路径，最后直接生成喷涂机器人可以识别和执行的轨迹点文件和程序，实现智能化的喷涂作业。

此外，本课题提出的自编程技术区别于传统的离线编程法，有以下两个特点:

1、在线实现自动轨迹规划，具有较好的实时性;

2、可解决复杂曲面离线编程困难的问题。