CN112817308B - 一种在机测量的无碰撞全局路径规划方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种在机测量的无碰撞全局路径规划方法及系统。该方法包括:获取零件模型的特征;根据所述零件模型的特征确定所述零件模型的安全点以及所述零件模型的包围盒;获取测头移动产生的扫略体;根据所述扫略体确定所述零件模型的安全点中干涉的安全点;根据所述零件模型的包围盒以及干涉的安全点,采用扫略体的方法,确定所述零件模型的避障点;根据所述零件模型的安全点中的未干涉的安全点以及所述避障点规划所述零件模型的全局路径。本发明自动实现基于三维模型的全局路径的无碰撞规划,极大提高在机测量路径规划的效率。
Description
技术领域
本发明涉及复杂零件路径规划领域,特别是涉及一种在机测量的无碰撞全局路径规划方法及系统。
背景技术
复杂零件路径规划具有多路径、多测量工作平面的特点,因此在路径规划过程中,规划的路径容易与零件模型产生干涉,目前的路径规划中针对干涉情况的研究主要面向特殊零件或者特殊环境,对于复杂三维环境效果一般。因此目前还是更多采用手动增加或者更改点位的方式实现避障,导致路径规划过程繁琐且耗费时间。
发明内容
本发明的目的是提供一种在机测量的无碰撞全局路径规划方法及系统,自动实现基于三维模型的全局路径的无碰撞规划,极大提高在机测量路径规划的效率。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:
一种在机测量的无碰撞全局路径规划方法,包括:
获取零件模型的特征;所述零件模型的特征包括零件模型的面特征和零件模型的圆柱特征;
根据所述零件模型的特征确定所述零件模型的安全点以及所述零件模型的包围盒;
获取测头移动产生的扫略体;
根据所述扫略体确定所述零件模型的安全点中干涉的安全点;
根据所述零件模型的包围盒以及干涉的安全点,采用扫略体的方法,确定所述零件模型的避障点;
根据所述零件模型的安全点中的未干涉的安全点以及所述避障点规划所述零件模型的全局路径。
可选的,所述根据所述零件模型的特征确定所述零件模型的安全点以及所述零件模型的包围盒,具体包括:
获取所述零件模型的面特征的测点和定位点;
根据所述零件模型的面特征的测点和定位点确定面特征的安全点;
获取所述零件模型的圆柱特征的定位点;
根据所述零件模型的圆柱特征的定位点确定圆柱特征的安全点。
可选的,所述根据所述零件模型的包围盒以及干涉的安全点,采用扫略体的方法,确定所述零件模型的避障点,之前还包括:
建立三维坐标系,确定每个所述安全点的位置坐标以及所述包围盒的边界位置坐标。
可选的,所述根据所述零件模型的包围盒以及干涉的安全点,采用扫略体的方法,确定所述零件模型的避障点,具体包括:
根据所述三维坐标系对干涉的安全点进行分类;
根据分类后的干涉的安全点以及所述零件模型的包围盒,采用扫略体的方法,确定所述零件模型的避障点。
一种在机测量的无碰撞全局路径规划系统,包括:
零件模型的特征获取模块,用于获取零件模型的特征;所述零件模型的特征包括零件模型的面特征和零件模型的圆柱特征;
安全点和包围盒确定模块,用于根据所述零件模型的特征确定所述零件模型的安全点以及所述零件模型的包围盒;
扫略体获取模块,用于获取测头移动产生的扫略体;
干涉的安全点确定模块,用于根据所述扫略体确定所述零件模型的安全点中干涉的安全点;
零件模型的避障点确定模块,用于根据所述零件模型的包围盒以及干涉的安全点,采用扫略体的方法,确定所述零件模型的避障点;
全局路径规划模块,用于根据所述零件模型的安全点中的未干涉的安全点以及所述避障点规划所述零件模型的全局路径。
可选的,所述安全点和包围盒确定模块具体包括:
面特征的测点和定位点获取单元,用于获取所述零件模型的面特征的测点和定位点;
面特征的安全点确定单元,用于根据所述零件模型的面特征的测点和定位点确定面特征的安全点;
圆柱特征的定位点获取单元,用于获取所述零件模型的圆柱特征的定位点;
圆柱特征的安全点确定单元,用于根据所述零件模型的圆柱特征的定位点确定圆柱特征的安全点。
可选的,还包括:
三维坐标系建立模块,用于建立三维坐标系,确定每个所述安全点的位置坐标以及所述包围盒的边界位置坐标。
可选的,所述零件模型的避障点确定模块具体包括:
安全点分类单元,用于根据所述三维坐标系对干涉的安全点进行分类;
零件模型的避障点确定单元,用于根据分类后的干涉的安全点以及所述零件模型的包围盒,采用扫略体的方法,确定所述零件模型的避障点。
根据本发明提供的具体实施例,本发明公开了以下技术效果:
本发明所提供的一种在机测量的无碰撞全局路径规划方法及系统,通过构建零件模型的包围盒,利用简单的包围盒代替复杂的零件模型辅助进行路径规划,极大的简化了避障难度;通过根据所述零件模型的包围盒以及干涉的安全点,采用扫略体的方法,确定所述零件模型的避障点的方式实现测量路径的避障,保证了避障的效果,提高了复杂零件模型路径规划的适用性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的一种在机测量的无碰撞全局路径规划方法流程示意图;
图2为局部路径聚合示意图;
图3为面特征的安全点确定示意图;
图4为圆柱特征安全点确定示意图;
图5为测头移动的扫略体示意图;
图6为全局路径避障示意图;
图7为包围盒类型示意图;
图8为干涉的安全点分类示意图;
图9为第一类干涉情况解决示意图;
图10为第一类干涉情况避障点生成流程图;
图11为第二类干涉情况解决示意图;
图12为第二类干涉情况避障点生成流程图;
图13为第三类干涉情况解决示意图;
图14为第三类干涉情况避障点生成流程图;
图15为第四类干涉情况解决示意图;
图16为第四类干涉情况避障点生成流程图;
图17为本发明所提供的一种在机测量的无碰撞全局路径规划方法的测试示意图;
图18为本发明所提供的一种在机测量的无碰撞全局路径规划系统结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种在机测量的无碰撞全局路径规划方法及系统,自动实现基于三维模型的全局路径的无碰撞规划,极大提高在机测量路径规划的效率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明所提供的一种在机测量的无碰撞全局路径规划方法流程示意图,如图1所示,本发明所提供的一种在机测量的无碰撞全局路径规划方法,包括:
S101,获取零件模型的特征;所述零件模型的特征包括零件模型的面特征和零件模型的圆柱特征。
S102,根据所述零件模型的特征确定所述零件模型的安全点以及所述零件模型的包围盒。
针对零件模型的特征会构建一个局部的测量路径,这些局部测量路径会有两个安全点最为测量路径的起始位置和终止位置,并如图2所示。
包围盒技术一般在计算机图形学中用于模型间的碰撞检测,其基本思想是使用体积略大的包围盒A代替复杂的几何模型B,其中A为简单的几何模型并且A尽可能的逼近模型B。常见的包围盒类型一般有四类,分别是球包围盒(Sphere)、轴对齐包围盒(Axis-AlignedBounding Boxes,AABB)、方向包围盒(OrientedBounding Box,OBB)、离散方向包围盒(Discrete Orientation Polytope,K-DOP)。各包围盒二维示意图如图7所示。
其中,球包围盒是最简单的一种包围盒,由于构造球状包围盒的约束条件只有圆心和半径,所以目标对象与包围盒之间会产生大量的冗余空间;轴对齐包围盒又称为AABB包围盒,该包围盒是在三维空间平行与坐标轴中是一个六面体,对于在空间中细长边没有沿坐标轴设置的目标对象,仍会产生大量冗余空间;方向包围盒又称为OBB包围盒,该包围盒依然是一个六面体,但其特点是方向与目标对象的整体方向相适应,贴合程度较好;离散方向包围盒是一种特殊的凸包,其定义为包含对象且它的所有面的法向量都取自一个固定的方向(k个向量)集合的凸包,其贴合程度最好,但包围盒结构与构造方式最为复杂。
S102具体包括:
获取所述零件模型的面特征的测点和定位点。
根据所述零件模型的面特征的测点和定位点确定面特征的安全点。如图3所示,已知面特征的测点与定位点,安全点的确定是通过过定位点沿某一方向偏移(这个方向是交互设置的,规则是远离测量的特征)。
获取所述零件模型的圆柱特征的定位点。
根据所述零件模型的圆柱特征的定位点确定圆柱特征的安全点。如图4所示,过定位点沿某一方向进行偏移,但是这个方向固定,为圆柱的轴线。
S103,获取测头移动产生的扫略体。
通常情况下,数控机床的测头与测杆比机床的摆轴更接近于被测工件。若在测量过程中发生碰撞,测头与测杆通常先于摆轴与工件发生碰撞。因此,在进行干涉检查时,仅考虑测头与工件间的相对位置关系。干涉碰撞检查采用扫略体法。因为测头在检测过程中,除了摆角转换等操作,测头都是做直线运动。为了简化测头运动过程中扫略体模型的建立,减少干涉检查运算量,将测杆与测头在空间直线运动的轨迹简化为四棱柱,如图5所示。
S104,根据所述扫略体确定所述零件模型的安全点中干涉的安全点。如果测头在运动过程中与模型发生碰撞,那么测头移动产生的扫略体将会与零件模型相交。采用对零件模型遍历的方法,获取模型中所有的面特征与扫略体的各个面进行求交运算,如果产生交点,则表示测头在运动中会碰撞模型。
S105,根据所述零件模型的包围盒以及干涉的安全点,采用扫略体的方法,确定所述零件模型的避障点。
局部路径之间产生干涉等价两个路径的安全点之间与零件存在碰撞。因为安全点构造时尽可能的在“远离”模型,所以本文通过在模型外部构造避障点的方式,改变原本干涉的测量路径如图6所示。由于零件模型过于复杂,所以使用简单模型来代替零件构造避障点。因此全局路径自动避障方法研究分为两部分,一部分是基于模型构造包围盒,另一部分是基于模型的包围盒构造避障点。
S105之前还包括:
建立三维坐标系,确定每个所述安全点的位置坐标以及所述包围盒的边界位置坐标。
S105,具体包括:
根据所述三维坐标系对干涉的安全点进行分类。
根据分类后的干涉的安全点以及所述零件模型的包围盒,采用扫略体的方法,确定所述零件模型的避障点。
S106,根据所述零件模型的安全点中的未干涉的安全点以及所述避障点规划所述零件模型的全局路径。
作为一个具体的实施例,根据互相干涉的安全点以及模型的包围盒构造一个或多个避障点通过测头移动至避障点“绕开”模型实现避障,用包围盒代替模型,根据定位相邻局部路径定位点的位置,将干涉的安全点进行分类,如图8所示分为以下四种情况:
情况1:产生干涉的两个安全点点z相同,x值相同或者y值相同,如图8(a)所示。
情况2:产生干涉的两个安全点Z相同,x和y值不同,如图8(b)所示。
情况3:产生干涉的两个安全点z值不同,x和y值相同,如图8(c)所示。
情况4:产生干涉的两个安全点的x,y,z都不相同,如图8(d)所示。
定义包围盒三个轴向的边界为Xmax,Xmin,Ymax,Ymin,Zmax和Zmin,分别针对四种情况构造避障点的方法如下:
情况1:因为本文讨论的是安全点与模型干涉的情况,安全点构造方式是远离模型的,所以一般最多只有一个安全点在包围盒内。对于这种情况,需要构建两个避障点。如图6所示若两个安全点A1和A2都在包围盒外,但是其X值x∈(Xmin,Xmax)、Z值z∈(Zmin,Zmax)。所以构造避障点B1和B2的方法是分别以A1和A2为起点沿X轴或者Z轴方向移动距离d,使得B1与B2坐标X值或Z值如图9(b)和(c)所示为两种避障点生成方式,通过比较A1-B1-B2-A2的距离,选择最短路径作为最终的避障点方案。
如图9(d)所示,若存在一个安全点A1在包围盒内部,如果使用沿X轴和Z轴设置避障点的过程中,A1与B1间存在干涉,那么重新将设置避障点的移动方向。设安全点A1的局部路径为path[i],则移动方向为path[i-1]到path[i]测头移动的方向。情况1的避障点设置流程如图10所示。
情况2:对于情况2,本文也讨论最多只有一个安全点在包围盒内的情况,避障点生成的方法如图11所示。
因为安全点A1和A2的Z轴相同,所以设A1(x1,y1,z)和A2(x2,y2,z),因此避障点B1的坐标为可以为B11(x2,y1,z)或B12(x1,y2,z)。对两个路径A1-B11-A2好A1-B12-A2进行判断:如果两个路径都与模型都不存在干涉,则选择总长度更短的路径的避障点作为B1;如果两个路径只有一个不存在干涉,则选择该路径的避障点作为B1;如果两条路径都存在干涉,若B11在包围盒外,且A1-B11存在干涉,因为两点的X值和Z值相等,所以通过使用情况1的方法可实现避障点的设置。情况2的避障点流程如图12所示。
情况3:情况3与情况1类似,两个安全点A1和A2的X值与Y值都相等,只有Z值不相等。同样还是需要构造两个避障点B1和B2,避障点是安全点沿X轴或者Y轴移动一定距离得到,如果不存在干涉,选择路程最小的路径作为生成避障点;如果都存在干涉,则沿测量A1对应特征的方向退出。解决方案和流程图如图13和图14所示。
情况4:情况4属于最常见的安全点干涉类型,安全点A1(x1,y1,z1)和A2(x2,y2,z2),的坐标的X值,Y值和Z值都不相同。预设避障点B11(x1,y1,z2)或B11(x2,y2,z1)如图15所示。
对两个路径A1-B11-A2好A1-B12-A2进行判断:如果两个路径都与模型都不存在干涉,则选择总长度更短的路径的避障点作为B1;如果两个路径只有一个不存在干涉,则选择该路径的避障点作为B1;如果两条路径都存在干涉,则选择在包围盒外的点B11最为情况4的第一个避障点插入安全点之间形成路径Path1:A1-B11-A2,然后对路径Path1的A1-B11和B11-A2分别进行分析,如果A1-B11之间存在干涉,A1与B11只有Z值不同,那么调用解决情况3方法,新建的避障点插入A1-B11之间;如果B11-A2之间存在干涉,B11与A2在同一平面上,所以调用解决情况2的方法将避障点插入B11-A2之间。避障点生成的流程图如图16所示。
本发明构建零件模型的包围盒,利用简单的包围盒代替复杂的零件模型辅助进行路径规划,极大的简化了避障难度;通过构造避障点的方式实现测量路径的避障,保证了避障的效果,提高了复杂零件模型路径规划的适用性,测试示意图如图17所示。
图18为本发明所提供的一种在机测量的无碰撞全局路径规划系统结构示意图,如图18所示,本发明所提供的一种在机测量的无碰撞全局路径规划系统,包括:
零件模型的特征获取模块1801,用于获取零件模型的特征;所述零件模型的特征包括零件模型的面特征和零件模型的圆柱特征。
安全点和包围盒确定模块1802,用于根据所述零件模型的特征确定所述零件模型的安全点以及所述零件模型的包围盒。
扫略体获取模块1803,用于获取测头移动产生的扫略体。
干涉的安全点确定模块1804,用于根据所述扫略体确定所述零件模型的安全点中干涉的安全点。
零件模型的避障点确定模块1805,用于根据所述零件模型的包围盒以及干涉的安全点,采用扫略体的方法,确定所述零件模型的避障点。
全局路径规划模块1806,用于根据所述零件模型的安全点中的未干涉的安全点以及所述避障点规划所述零件模型的全局路径。
所述安全点和包围盒确定模块1802具体包括:
面特征的测点和定位点获取单元,用于获取所述零件模型的面特征的测点和定位点。
面特征的安全点确定单元,用于根据所述零件模型的面特征的测点和定位点确定面特征的安全点。
圆柱特征的定位点获取单元,用于获取所述零件模型的圆柱特征的定位点。
圆柱特征的安全点确定单元,用于根据所述零件模型的圆柱特征的定位点确定圆柱特征的安全点。
本发明所提供的一种在机测量的无碰撞全局路径规划系统,还包括:
三维坐标系建立模块,用于建立三维坐标系,确定每个所述安全点的位置坐标以及所述包围盒的边界位置坐标。
所述零件模型的避障点确定模块1805具体包括:
安全点分类单元,用于根据所述三维坐标系对干涉的安全点进行分类。
零件模型的避障点确定单元,用于根据分类后的干涉的安全点以及所述零件模型的包围盒,采用扫略体的方法,确定所述零件模型的避障点。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种在机测量的无碰撞全局路径规划方法,其特征在于,包括:
获取零件模型的特征;所述零件模型的特征包括零件模型的面特征和零件模型的圆柱特征;
根据所述零件模型的特征确定所述零件模型的安全点以及所述零件模型的包围盒;
获取测头移动产生的扫略体;
根据所述扫略体确定所述零件模型的安全点中干涉的安全点;
根据所述零件模型的包围盒以及干涉的安全点,采用扫略体的方法,确定所述零件模型的避障点;
根据所述零件模型的安全点中的未干涉的安全点以及所述避障点规划所述零件模型的全局路径;
情况1:产生干涉的两个安全点A1和安全点A2的z值相同,x值相同或者y值相同,需要构建两个避障点;若两个安全点A1和安全点A2都在包围盒外,但是其x值、z值,所以构造避障点B1和避障点B2的方法是分别以安全点A1和安全点A2为起点沿X轴或者Z轴方向移动距离d,使得避障点B1与避障点B2坐标x值或z值,通过比较A1-B1-B2-A2的距离,选择最短路径作为最终的避障点方案;
若存在一个安全点A1在包围盒内部,如果使用沿X轴和Z轴设置避障点的过程中,安全点A1与避障点B1间存在干涉,那么将重新设置避障点的移动方向,具体为:若存在一个安全点A1在包围盒内部,沿各轴线方向偏移测点得到避障点B1和避障点B2;如果使用沿X轴和Z轴设置避障点的过程中,安全点A1与避障点B1间存在干涉,则沿逼近方向偏移安全点A1得到避障点B1和避障点B2;
2.根据权利要求1所述的一种在机测量的无碰撞全局路径规划方法,其特征在于,所述根据所述零件模型的特征确定所述零件模型的安全点以及所述零件模型的包围盒,具体包括:
获取所述零件模型的面特征的测点和定位点;
根据所述零件模型的面特征的测点和定位点确定面特征的安全点;
获取所述零件模型的圆柱特征的定位点;
根据所述零件模型的圆柱特征的定位点确定圆柱特征的安全点。
3.根据权利要求1所述的一种在机测量的无碰撞全局路径规划方法,其特征在于,所述根据所述零件模型的包围盒以及干涉的安全点,采用扫略体的方法,确定所述零件模型的避障点,之前还包括:
建立三维坐标系,确定每个所述安全点的位置坐标以及所述包围盒的边界位置坐标。
4.根据权利要求3所述的一种在机测量的无碰撞全局路径规划方法,其特征在于,所述根据所述零件模型的包围盒以及干涉的安全点,采用扫略体的方法,确定所述零件模型的避障点,具体包括:
根据所述三维坐标系对干涉的安全点进行分类;
根据分类后的干涉的安全点以及所述零件模型的包围盒,采用扫略体的方法,确定所述零件模型的避障点。
5.一种在机测量的无碰撞全局路径规划系统,其特征在于,包括:
零件模型的特征获取模块,用于获取零件模型的特征;所述零件模型的特征包括零件模型的面特征和零件模型的圆柱特征;
安全点和包围盒确定模块,用于根据所述零件模型的特征确定所述零件模型的安全点以及所述零件模型的包围盒;
扫略体获取模块,用于获取测头移动产生的扫略体;
干涉的安全点确定模块,用于根据所述扫略体确定所述零件模型的安全点中干涉的安全点;
零件模型的避障点确定模块,用于根据所述零件模型的包围盒以及干涉的安全点,采用扫略体的方法,确定所述零件模型的避障点;
全局路径规划模块,用于根据所述零件模型的安全点中的未干涉的安全点以及所述避障点规划所述零件模型的全局路径;
情况1:产生干涉的两个安全点A1和安全点A2的z值相同,x值相同或者y值相同,需要构建两个避障点;若两个安全点A1和安全点A2都在包围盒外,但是其x值、z值,所以构造避障点B1和避障点B2的方法是分别以安全点A1和安全点A2为起点沿X轴或者Z轴方向移动距离d,使得避障点B1与避障点B2坐标x值或z值,通过比较A1-B1-B2-A2的距离,选择最短路径作为最终的避障点方案;
若存在一个安全点A1在包围盒内部,如果使用沿X轴和Z轴设置避障点的过程中,安全点A1与避障点B1间存在干涉,那么将重新设置避障点的移动方向,具体为:若存在一个安全点A1在包围盒内部,沿各轴线方向偏移测点得到避障点B1和避障点B2;如果使用沿X轴和Z轴设置避障点的过程中,安全点A1与避障点B1间存在干涉,则沿逼近方向偏移安全点A1得到避障点B1和避障点B2;
6.根据权利要求5所述的一种在机测量的无碰撞全局路径规划系统,其特征在于,所述安全点和包围盒确定模块具体包括:
面特征的测点和定位点获取单元,用于获取所述零件模型的面特征的测点和定位点;
面特征的安全点确定单元,用于根据所述零件模型的面特征的测点和定位点确定面特征的安全点;
圆柱特征的定位点获取单元,用于获取所述零件模型的圆柱特征的定位点;
圆柱特征的安全点确定单元,用于根据所述零件模型的圆柱特征的定位点确定圆柱特征的安全点。
7.根据权利要求5所述的一种在机测量的无碰撞全局路径规划系统,其特征在于,还包括:
三维坐标系建立模块,用于建立三维坐标系,确定每个所述安全点的位置坐标以及所述包围盒的边界位置坐标。
8.根据权利要求7所述的一种在机测量的无碰撞全局路径规划系统,其特征在于,所述零件模型的避障点确定模块具体包括:
安全点分类单元,用于根据所述三维坐标系对干涉的安全点进行分类;
零件模型的避障点确定单元,用于根据分类后的干涉的安全点以及所述零件模型的包围盒,采用扫略体的方法,确定所述零件模型的避障点。
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