用于壳体结构三维扫描过程的机器人测量路径规划方法技术

本发明专利技术公开了一种用于壳体结构三维扫描过程的机器人测量路径规划方法，包括如下步骤：确定壳体结构、机器人和扫描设备的相关参数；当机器人运动至扫描设备的测量范围内时，修正机器人的姿态、运动方向；扫描壳体结构且监控、修正扫描设备的扫描姿态和扫描方向；当识别到壳体结构的测量范围存在边缘点时，沿壳体结构的轴线方向扫描测量；当边缘点构成闭合曲线且重叠率大于第一阈值时，结束机器人的路径规划。该机器人测量路径规划方法的目的是解决机器人扫描过程中测量效率低的问题。

【技术实现步骤摘要】
用于壳体结构三维扫描过程的机器人测量路径规划方法
本专利技术属于机器人应用
，具体涉及一种用于壳体结构三维扫描过程的机器人测量路径规划方法。
技术介绍
机器人在搬运、喷涂、生产、装配、测量等方面有着十分广泛的应用，其多轴结构、多自由度及运动学方程多解、局部工作空间受限等特性使得机器人作业过程的路径规划成为一项必要需求。通过机器人夹持测量设备对零部件外形进行检测时，需要考虑机器人在移动过程中测量设备与被测物件的角度、距离等因素，相比机器人的定位精度，机器人的运动路径才是提高测量效率和精度的主要依据。机器人激光三维扫描系统主要由六轴机器人、双目光学跟踪仪、激光扫描仪、变位机构和其他扫描辅助配件组成，将激光扫描仪固定在机器人末端执行自动扫描工作，双目光学跟踪仪架设在机器人和变位机构前方，通过仪器上左右平行对齐的摄像跟踪系统定位扫描头，通过三角测量的方法将激光扫描仪匹配点视差情况转变为深度，从而实时获取其位置信息。机器人的扫描运动轨迹程序一般通过DELMIA(DigitalEnterpriseLeanManufacturingInteractiveApplication，数字化企业的互动制造应用)软件的Robotics模块离线生成，根据待测产品的外形特征，控制机器人末端的激光扫描仪行走位置，生成路径结点标签，DELMIA软件会自动存储tag点并生成列表。在建立标签点时需要考虑机器人的可达域，视觉传感器的视场范围等因素。现有的机器人扫描路径的规划主要依据仿真软件进行手动设置，对于批量生产且外形较为复杂的产品，具有较大的优势，而对于航空、航天部件小批量零部件，则效率相对低下。现有三维扫描设备的主要结构为手持式和关节臂，其工作方式依靠手工操作。由于扫描过程要求设备与被测物体保持一定的距离和角度，且为保证整个表面的完全测量，对手工操作的规范与合理性要求较高，且存在漏测、测量无效等问题，因此测量效率较低。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题是机器人扫描过程中测量效率低。(二)技术方案根据本专利技术提供了一种用于壳体结构三维扫描过程的机器人测量路径规划方法，包括如下步骤：确定壳体结构、机器人和扫描设备的相关参数；当所述机器人运动至所述扫描设备的测量范围内时，修正所述机器人的姿态、运动方向；扫描所述壳体结构且监控、修正所述扫描设备的扫描姿态和扫描方向；当识别到所述壳体结构的测量范围存在边缘点时，沿所述壳体结构的轴线方向扫描测量；当所述边缘点构成闭合曲线且重叠率大于设定的第一阈值时，结束所述机器人的路径规划。可选的，所述确定壳体结构、机器人和扫描设备的相关参数，具体包括：确定所述扫描设备的景深范围、单次测量点数量、测量宽度范围和扫描采样频率；以及，确定所述壳体结构的半径范围、长度；和，确定所述机器人的自由度限制。可选的，所述当识别到所述壳体结构的测量范围存在边缘点时，沿所述壳体结构的轴线方向扫描测量，具体包括以下步骤：当识别到所述壳体结构的测量范围存在边缘点时，确定所述边缘点的位置；沿所述壳体结构的周向进行调整；当满足设定重叠率时，沿所述壳体结构的轴线方向扫描测量。可选的，所述重叠率为σ＝n/N，其中，N为测量点的总数量，n为已测量点的数量。可选的，所述当识别到所述壳体结构的测量范围存在边缘点时，确定所述边缘点的位置，具体包括以下步骤：获取当前测量点的数量，计算测量点占比；其中，所述占比为rate＝N1/N0，N1为所述当前测量点的数量，N0为所述扫描设备的单次最大测量点的数量；当所述占比小于第二阈值时，确定所述当前测量点的端点为所述边缘点。可选的，所述当所述占比小于第二阈值时，确定所述当前测量点的端点为所述边缘点，具体包括以下步骤：当所述占比小于所述第二阈值时，确定部分所述当前测量点处于边界外；当第一测量点P与任意两个测量点M1、N1之间满足确定所述第一测量点P为所述当前测量点组成的线段的第一端点；当确定第二测量点Q为所述当前测量点组成的线段的第二端点时，以所述第一测量点P和所述第二测量点Q为中心、半径为r的圆周区域内存在任意两个测量点M2、N2，满足确定所述第二测量点Q为所述边缘点。修正所述扫描设备的扫描姿态和扫描方向所述扫描所述壳体结构且监控、修正所述扫描设备的扫描姿态和扫描方向，包括：修正所述扫描方向的圆周方向；其中，所述圆周方向依据所述重叠率修正；可选的，修正所述扫描设备的扫描方向还包括修正所述扫描方向的轴线方向，具体包括以下步骤：拟合返回测量点为拟合圆；对比所述返回测量点与已测边界，形成当前测量方向与历史测量方向的第一夹角；依据所述拟合圆和所述第一夹角共同修正所述轴线方向上的扫描路径。可选的，所述拟合返回测量点为拟合圆，具体包括以下步骤：将当前测量点通过数值计算成m阶曲线，将已测端点计算成n阶曲线；联立m阶曲线和n阶曲线，求解所述m阶曲线和所述n阶曲线的交点S；在所述已测端点中获取以所述交点S为圆心、半径为R的圆周区域内的点；在所述当前测量点中获取以所述交点S为圆心、所述半径为R的圆周区域内的点。可选的，所述第一阈值为99.5％。(三)有益效果本专利技术的上述技术方案具有如下优点：本专利技术提供的机器人测量路径规划方法依据当前测量点模型以及比较当前测量点与历史测量点的位置关系，规划路径并调整姿态，当测量范围包含被测结构边界时自动识别边界方向，并调整路径，最终在满足扫描设备的条件下能完整扫描整个壳体零件；该路径规划方法可以减少机器人路径规划的人工参与度，利用测量点本身坐标及壳体结构的自身规律特性自动调整扫描距离、姿态和法矢，提高了机器人作业过程的自动化程度，提高了三维扫描测量效率和准确度。附图说明图1为本专利技术提供的一种用于壳体结构三维扫描过程的机器人测量路径规划方法的流程示意图；图2为本专利技术提供的另一用于壳体结构三维扫描过程的机器人测量路径规划方法的流程示意图；图3a为本专利技术提供的机器人测量路径规划方法中获取当前测量点的中间点的示意图；图3b为本专利技术提供的机器人测量路径规划方法中获取当前测量点的端点的示意图；图4为本专利技术提供的机器人测量路径规划方法中获取边缘点的示意图；图5为本专利技术提供的机器人测量路径规划方法中曲线拟合的示意图；图6为本专利技术提供的机器人测量路径规划方法中获取景深调整角的示意图；图7为本专利技术提供的机器人测量路径规划方法中获取γ角的示意图。图中：A、边界外；B、待测区；C、已测区。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于壳体结构三维扫描过程的机器人测量路径规划方法，其特征在于，包括如下步骤：/n确定壳体结构、机器人和扫描设备的相关参数；/n当所述机器人运动至所述扫描设备的测量范围内时，修正所述机器人的姿态、运动方向；/n扫描所述壳体结构且监控、修正所述扫描设备的扫描姿态和扫描方向；/n当识别到所述壳体结构的测量范围存在边缘点时，沿所述壳体结构的轴线方向扫描测量；/n当所述边缘点构成闭合曲线且重叠率大于设定的第一阈值时，结束所述机器人的路径规划。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于壳体结构三维扫描过程的机器人测量路径规划方法，其特征在于，包括如下步骤：
确定壳体结构、机器人和扫描设备的相关参数；
当所述机器人运动至所述扫描设备的测量范围内时，修正所述机器人的姿态、运动方向；
扫描所述壳体结构且监控、修正所述扫描设备的扫描姿态和扫描方向；
当识别到所述壳体结构的测量范围存在边缘点时，沿所述壳体结构的轴线方向扫描测量；
当所述边缘点构成闭合曲线且重叠率大于设定的第一阈值时，结束所述机器人的路径规划。


2.根据权利要求1所述的机器人测量路径规划方法，其特征在于，所述确定壳体结构、机器人和扫描设备的相关参数，具体包括：
确定所述扫描设备的景深范围、单次测量点数量、测量宽度范围和扫描采样频率；以及，
确定所述壳体结构的半径范围、长度；和，
确定所述机器人的自由度限制。


3.根据权利要求1所述的机器人测量路径规划方法，其特征在于，所述当识别到所述壳体结构的测量范围存在边缘点时，沿所述壳体结构的轴线方向扫描测量，具体包括以下步骤：
当识别到所述壳体结构的测量范围存在边缘点时，确定所述边缘点的位置；
沿所述壳体结构的周向进行调整；
当满足设定重叠率时，沿所述壳体结构的轴线方向扫描测量。


4.根据权利要求3所述的机器人测量路径规划方法，其特征在于，所述重叠率为σ＝n/N，其中，N为测量点的总数量，n为已测量点的数量。


5.根据权利要求3所述的机器人测量路径规划方法，其特征在于，所述当识别到所述壳体结构的测量范围存在边缘点时，确定所述边缘点的位置，具体包括以下步骤：
获取当前测量点的数量，计算测量点占比；其中，所述占比为rate＝N1/N0，N1为所述当前测量点的数量，N0为所述扫描设备的单次最大测量点的数量；
当所述占比小于设定的第二阈值时，确定所述当...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志强，陈龙，郑璐晗，段巍，肖庆东，
申请(专利权)人：中国航空制造技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11