CN111468991A - 基于曲面修补的打磨抛光机器人的路径规划方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种基于曲面修补的打磨抛光机器人的路径规划方法，包括：对复杂曲面进行重建，以获得复杂曲面的几何模型文件；对该曲面进行修补，以获得能够包含该曲面的最小四边形曲面；根据表面粗糙度要求，选择路径间距值；在四边形曲面生成四边形映射网格，取各网格节点作为研抛路径点，以生成z字形的打磨路径；对网格节点进行删减操作，删除属于四边形曲面但不属于原自由曲面上的路径点，以得到最终的打磨路径示意图。本发明还提供了一种基于曲面修补的打磨抛光机器人的路径规划系统。

Description

基于曲面修补的打磨抛光机器人的路径规划方法及系统
技术领域
本发明涉及机器人打磨抛光领域，尤其是涉及一种基于曲面修补的打磨抛光机器人的路径规划方法及系统。
背景技术
工业场合中的路径规划通常由操作人员根据经验使用示教方法生成。近年来随着科学技术的进一步发展，形状复杂的零件在机器人打磨抛光应用中大量出现，零件复杂程度的增加导致传统的人工示教方法难以确保打磨抛光的粗糙度要求。
目前工业环境中大部分打磨抛光应用大都采用人工示教方法进行编程，即由操作人员使用示教器操作研抛机器人依次到达自由曲面的多个位置，并在示教器中对这些位置进行记录，之后启动机器人和打磨设备完成打磨和抛光作业。由于人工示教方法无法精确得知自由曲面表面点的位置情况，因此在人工示教的过程中通常根据操作人员的经验估计点的位置，这种选点方法缺乏数学依据，容易造成较大的路径曲线偏差，进而导致打磨设备在复杂曲面零件表面产生重复打磨和漏打磨的情况，严重影响工件表面粗糙度。
发明内容
本发明提供了一种基于曲面修补的打磨抛光机器人的路径规划方法及系统，该方法能够快速生成复杂曲面上的打磨抛光路径，提高了工作效率，减少了零件表面粗糙度。
本发明所提供的一种基于曲面修补的打磨抛光机器人的路径规划方法，包括：
步骤S1：对复杂曲面进行重建，以获得复杂曲面的几何模型文件；
步骤S2：对该曲面进行修补，以获得能够包含该曲面的最小四边形曲面；
步骤S3：根据表面粗糙度要求，选择路径间距值；
步骤S4：在四边形曲面生成四边形映射网格，取各网格节点作为研抛路径点，以生成z字形的打磨路径；
步骤S5：对网格节点进行删减操作，删除属于四边形曲面但不属于原自由曲面上的路径点，以得到最终的打磨路径示意图。
其中，所述步骤S1中采用逆向工程方法来对复杂曲面进行重建，以得到复杂曲面的几何模型文件。
其中，所述步骤S3中，若打磨盘为半径为r的圆，则选择L＝3/2r作为路径间距。
其中，所述步骤S4中，通过使用有限元方法来在四边形曲面生成四边形映射网格。
其中，所述步骤S5中还包括：在曲面上曲率变化超过预设值的地方增加若干路径点，并平分路径角度；在曲率变化未超过预设值的地方减少路径点数量。
本发明还提供了一种基于曲面修补的打磨抛光机器人的路径规划系统，包括几何模型建立单元、最小四边形曲面建立单元、路径间距计算单元、z字形打磨路径建立单元、网格节点删减单元及打磨路径生成单元；所述几何模型建立单元用于对复杂曲面进行重建，以获得复杂曲面的几何模型文件；所述最小四边形曲面建立单元对该曲面进行修补，以获得能够包含该曲面的最小四边形曲面；所述路径间距计算单元用于根据表面粗糙度要求，选择路径间距值；所述z字形打磨路径建立单元用于在四边形曲面生成四边形映射网格.取各网格节点作为研抛路径点，规划节点次序，以生成z字形的打磨路径；所述网格节点删减单元用于对网格节点进行删减操作，删除属于四边形曲面但不属于原自由曲面上的路径点；所述打磨路径生成单元用于根据经过网格节点删减单元删减后得到的路径点，最终得到打磨路径点集合，进而生成打磨路径。
其中，所述几何模型建立单元通过逆向工程方法来对复杂曲面进行重建，以得到复杂曲面的几何模型文件。
其中，所述z字形打磨路径建立单元用于通过使用有限元方法在四边形曲面生成四边形映射网格。
其中，所述路径规划系统还包括路径点增加单元，用于在曲面上曲率变化超过预设值的地方增加若干路径点，并平分路径角度。
进一步的，所述路径规划系统还包括路径点减少单元，用于在曲率不大于预设值的地方减少路径点数量；所述打磨路径生成单元用于根据经过网格节点删减单元删减后得到的路径点、经过路径点增加单元增加后得到的路径点以及经过路径点减少单元减少后得到的路径点，最终得到打磨路径点集合，进而生成打磨路径。
上述基于曲面修补的打磨抛光机器人的路径规划方法及系统，将复杂边缘的曲线路径进行修补，获得四边形规则曲面，然后在规则曲面上进行路径规划，生成全覆盖打磨抛光路径。
附图说明
图1为本发明一种基于曲面修补的打磨抛光机器人的路径规划方法的较佳实施方式的流程图。
图2为图1中步骤S2的最小四边形曲面示意图。
图3为图1中步骤S3中第一次打磨及第二次打磨之间的路径间距示意图。
图4为图1中步骤S4的z字形打磨路径示意图。
图5为图1中步骤S5的最终打磨路径示意图。
图6为本发明一种基于曲面修补的打磨抛光机器人的路径规划系统的较佳实施方式的方框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换，均落入本发明保护范围。
请参考图1所示，为本发明所述的一种基于曲面修补的打磨抛光机器人的路径规划方法的较佳实施方式的流程图。本发明所述的一种基于曲面修补的打磨抛光机器人的路径规划方法的较佳实施方式包括以下步骤：
步骤S1：对复杂曲面进行重建，以获得复杂曲面的几何模型文件。本实施方式中，可采用逆向工程方法来对复杂曲面进行重建，以获得复杂曲面的几何模型文件。
步骤S2：对该曲面进行修补，以获得能够包含该曲面的最小四边形曲面，如图2所示。图2中，虚线表示步骤S1中的复杂曲面，实线表示包括该复杂曲面的最小四边形曲面。
步骤S3：根据表面粗糙度要求，选择路径间距值。假设打磨盘为半径为r的圆，则选择L＝3/2r作为路径间距，以确保曲面的所有区域都被遍历打磨。如图3所示，其示出了第一次打磨及第二次打磨之间的路径间距。
步骤S4：在四边形曲面生成四边形映射网格，取各网格节点作为研抛路径点，规划节点次序，生成z字形的打磨路径。本实施方式中，通过使用有限元方法来在四边形曲面生成四边形映射网格。如图4所示，其示出了z字形的打磨路径示意图。
步骤S5：对网格节点进行删减操作，删除属于四边形曲面但不属于原自由曲面上的路径点。同时，在曲面上曲率变化较大的地方增加若干路径点，并平分路径角度，在曲率平缓的地方减少路径点数量，生成最终的打磨路径点集合。如图5所示，其示出了依据该方法得到的最终打磨路径示意图。本实施方式中，可预设一曲率变化值，当曲面上的曲率变化大于预设值时，则认为是曲率变化较大的地方；当曲面上的曲率小于预设值时，则认为是曲率平缓的地方。
上述基于曲面修补的打磨抛光机器人的路径规划方法，将复杂边缘的曲线路径进行修补，获得四边形规则曲面，然后在规则曲面上进行路径规划，生成全覆盖打磨抛光路径。
请继续参考图6所示，为本发明所述的一种基于曲面修补的打磨抛光机器人的路径规划系统的较佳实施方式的方框图。本发明所述的一种基于曲面修补的打磨抛光机器人的路径规划系统的较佳实施方式包括几何模型建立单元、最小四边形曲面建立单元、路径间距计算单元、z字形打磨路径建立单元、网格节点删减单元、路径点增加单元、路径点减少单元及打磨路径生成单元。
所述几何模型建立单元用于对复杂曲面进行重建，以获得复杂曲面的几何模型文件。本实施方式中，所述几何模型建立单元可采用逆向工程方法来对复杂曲面进行重建，以获得复杂曲面的几何模型文件。
所述最小四边形曲面建立单元对该曲面进行修补，以获得能够包含该曲面的最小四边形曲面，如图2所示。
所述路径间距计算单元用于根据表面粗糙度要求，选择路径间距值。假设打磨盘为半径为r的圆，则选择L＝3/2r作为路径间距，以确保曲面的所有区域都被遍历打磨。如图3所示，其示出了第一次打磨及第二次打磨之间的路径间距。
所述z字形打磨路径建立单元用于在四边形曲面生成四边形映射网格，取各网格节点作为研抛路径点，规划节点次序，生成z字形的打磨路径。本实施方式中，通过使用有限元方法来在四边形曲面生成四边形映射网格。如图4所示，其示出了z字形的打磨路径示意图。
所述网格节点删减单元用于对网格节点进行删减操作，删除属于四边形曲面但不属于原自由曲面上的路径点。
所述路径点增加单元用于在曲面上曲率变化较大的地方增加若干路径点，并平分路径角度。
所述路径点减少单元用于在曲率平缓的地方减少路径点数量。
所述打磨路径生成单元用于根据经过网格节点删减单元删减后得到的路径点、经过路径点增加单元增加后得到的路径点以及经过路径点减少单元减少后得到的路径点，最终得到打磨路径点集合，进而生成打磨路径。如图5所示，其示出了最终打磨路径示意图。
上述基于曲面修补的打磨抛光机器人的路径规划系统，将复杂边缘的曲线路径进行修补，获得四边形规则曲面，然后在规则曲面上进行路径规划，生成全覆盖打磨抛光路径。
以上所述仅为本发明的优选实施例，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的相关技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，其中所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于曲面修补的打磨抛光机器人的路径规划方法，其特征在于：所述路径规划方法包括：
步骤S1：对复杂曲面进行重建，以获得复杂曲面的几何模型文件；
步骤S2：对该曲面进行修补，以获得能够包含该曲面的最小四边形曲面；
步骤S3：根据表面粗糙度要求，选择路径间距值；
步骤S4：在四边形曲面生成四边形映射网格，取各网格节点作为研抛路径点，以生成z字形的打磨路径；
步骤S5：对网格节点进行删减操作，删除属于四边形曲面但不属于原自由曲面上的路径点，以得到最终的打磨路径示意图。
2.如权利要求1所述的基于曲面修补的打磨抛光机器人的路径规划方法，其特征在于：所述步骤S1中采用逆向工程方法来对复杂曲面进行重建，以得到复杂曲面的几何模型文件。
3.如权利要求1所述的基于曲面修补的打磨抛光机器人的路径规划方法，其特征在于：所述步骤S3中，若打磨盘为半径为r的圆，则选择L＝3/2r作为路径间距。
4.如权利要求1所述的基于曲面修补的打磨抛光机器人的路径规划方法，其特征在于：所述步骤S4中，通过使用有限元方法来在四边形曲面生成四边形映射网格。
5.如权利要求1所述的基于曲面修补的打磨抛光机器人的路径规划方法，其特征在于：所述步骤S5中还包括：在曲面上曲率变化超过预设值的地方增加若干路径点，并平分路径角度；在曲率变化未超过预设值的地方减少路径点数量。
6.一种基于曲面修补的打磨抛光机器人的路径规划系统，其特征在于：所述路径规划系统包括几何模型建立单元、最小四边形曲面建立单元、路径间距计算单元、z字形打磨路径建立单元、网格节点删减单元及打磨路径生成单元；所述几何模型建立单元用于对复杂曲面进行重建，以获得复杂曲面的几何模型文件；所述最小四边形曲面建立单元对该曲面进行修补，以获得能够包含该曲面的最小四边形曲面；所述路径间距计算单元用于根据表面粗糙度要求，选择路径间距值；所述z字形打磨路径建立单元用于在四边形曲面生成四边形映射网格，取各网格节点作为研抛路径点，规划节点次序，以生成z字形的打磨路径；所述网格节点删减单元用于对网格节点进行删减操作，删除属于四边形曲面但不属于原自由曲面上的路径点；所述打磨路径生成单元用于根据经过网格节点删减单元删减后得到的路径点，最终得到打磨路径点集合，进而生成打磨路径。
7.如权利要求6所述的基于曲面修补的打磨抛光机器人的路径规划系统，其特征在于：所述几何模型建立单元通过逆向工程方法来对复杂曲面进行重建，以得到复杂曲面的几何模型文件。
8.如权利要求6所述的基于曲面修补的打磨抛光机器人的路径规划系统，其特征在于：所述z字形打磨路径建立单元用于通过使用有限元方法在四边形曲面生成四边形映射网格。
9.如权利要求6所述的基于曲面修补的打磨抛光机器人的路径规划系统，其特征在于：所述路径规划系统还包括路径点增加单元，用于在曲面上曲率变化超过预设值的地方增加若干路径点，并平分路径角度。
10.如权利要求9所述的基于曲面修补的打磨抛光机器人的路径规划系统，其特征在于：所述路径规划系统还包括路径点减少单元，用于在曲率不大于预设值的地方减少路径点数量；所述打磨路径生成单元用于根据经过网格节点删减单元删减后得到的路径点、经过路径点增加单元增加后得到的路径点以及经过路径点减少单元减少后得到的路径点，最终得到打磨路径点集合，进而生成打磨路径。
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