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个性化制鞋的不断深入,对制鞋过程中的喷胶工艺提出了更高的要求,喷胶轨迹的生成方法必须适应不同尺寸、不同款式的鞋子。喷胶轨迹的自动生成是实现鞋底喷胶工艺自动化的关键技术之一。基于这种背景,本文分别以鞋底三维CAD模型和鞋帮底面数据为基础,对机器人离线编程和实时生成喷胶轨迹的方法进行深入地研究。论文的重点在于提出了一种利用线结构光传感器扫描鞋帮底面生成喷胶轨迹的新方法,并借助工业机器人验证了方法的可行性。
针对基于线结构光生成鞋底喷胶轨迹的需要,分析了线结构光三维测量的基本原理,方法和测量模型,并设计出具有一定宽度的标准平面网格作为摄像机标定的靶标。采用两步法标定摄像机的内外参数,并计算出标定误差小于0.4个像素。
根据线结构光透视投影模型的三维测量原理,和改变光源的测量方法建立扫描鞋帮底面的实验装置。线激光连续扫描鞋帮底面,获得激光光条图像,同时计算激光光条中心,并转换成世界坐标系中的三维坐标从而得到鞋帮底面的点云数据。在此基础上进一步生成鞋底轮廓线,然后通过近似计算鞋底轮廓线在鞋帮底面的偏置曲线得到喷胶轨迹,最后拾取目标操作点和计算目标操作点的方向。方法的实验结果显示,生成的轨迹精度高,误差小于1mm;方法实现的速度快,系统运行时间总共不超过7s。该方法的创新点在于其保证了生成的喷胶轨迹落在鞋帮底面,同时可方便地计算出目标操作点的方向以满足机器人姿态控制的需要。
考虑到机器人离线编程的需要,参考鞋底三维模型IGES文件的格式标准,提取鞋底轮廓线和鞋底曲面,然后计算鞋底轮廓线在鞋底曲面的偏置曲线得到喷胶轨迹。
本文借助Staubli工业机器人对上述方法生成的喷胶轨迹进行了可行性验证。首先把目标操作点的数据转换成机器人控制系统能够识别的位置变量,然后编写机器人控制程序,完成鞋底喷胶实验。喷胶实验结果显示,喷射到鞋帮底面的粘胶剂胶带中心线与预期的轨迹吻合,胶带的外边缘同鞋底的轮廓线基本重合,符合喷胶工艺的要求,从而验证了方法的可行性。