螺旋桨清洗路径规划方法及使用该方法的清洗机器人技术

本发明专利技术公开了一种螺旋桨清洗路径规划方法，所述清洗路径规划方法用于清洗机器人，包括步骤一：建立坐标系；步骤二：获取螺旋桨形状尺寸参数方程；步骤三：求解坐标系变换矩阵；步骤四：分割待清洗面重叠区域；步骤五：分割待清洗面未重叠区域；步骤六：求解X

【技术实现步骤摘要】
螺旋桨清洗路径规划方法及使用该方法的清洗机器人


[0001]本专利技术涉及船舶螺旋桨清洗
，尤其是涉及螺旋桨清洗路径规划方法及使用该方法的清洗机器人。

技术介绍

[0002]船舶螺旋桨因其具有良好的水动力性能、高效的推进效率，一直是船舶推进器的首选。但海水中的海洋生物会对螺旋桨表面造成严重的吸附与侵蚀，增加船舶燃料消耗并且缩短桨叶工作寿命，造成巨大的经济损失。因此，定期对船舶螺旋桨进行清理十分必要，但是目前船舶螺旋桨水下清洗装置作业大都是量潜水员手持清洗装备进行清洗作业，清洗效率低，人力成本高。部分水下清洗机器人也因为螺旋桨表面是一个形状不规则且复杂空间曲面而不能有效的对螺旋桨表面进行清洗。
[0003]专利CN106647751A中所述的一种船舶水下清洗机器人路径控制和定位装置，通过对清洗装置的移动距离进行检测和定位、角度电位计对滚轮的角度进行检测，保证清洗装置能够按照规划路径进行移动。但该专利对有重叠面的装备缺乏有效的路径规划，无法保证清洗效果。专利CN107918396A中所述的一种基于船体模型的水下清洗机器人路径规划方法及系统，通过对船体模型进行分区路径规划，然后优化连接，最后根据路径跟踪误差进行校正，从而优化清洗轨迹。但是该专利是针对船体模型的，针对船用螺旋桨的复杂曲线的清洗缺乏有效控制，并且清洗时间长，极为耗费。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种螺旋桨清洗路径规划方法，适用于船用螺旋桨的复杂曲线，通过合理的路径规划提高清洗效率和清洁效果，并提供了使用该方法进行螺旋桨清洗的机器人。
[0005]技术方案：一种螺旋桨清洗路径规划方法，所述清洗路径规划方法用于清洗机器人，所述清洗路径规划方法包括以下步骤：
[0006]步骤一：建立坐标系，以螺旋桨的加工坐标系作为固定坐标系{S}＝(O
S
,X
S
,Y
S
,Z
S
)，Z
S
方向与桨轴轴心线重合，以清洗机器人夹持中心线为Z
T
方向，建立清洗机器人坐标系为{T}＝(O
T
,X
T
,Y
T
,Z
T
)；
[0007]步骤二：获取螺旋桨尺寸参数方程，根据螺旋桨加工数据得到螺旋桨待清洗面在固定坐标系{S}中的曲面方程F
S
(x,y,z)和轮廓线方程L
S
(x,y,z)；
[0008]步骤三：求解坐标系变换矩阵，通过清洗机器人检测固定坐标系{S}的X
S
方向标定点位置，得到{T}相对于{S}绕Z
S
轴的偏转角γ，同时检测螺旋桨的桨毂端面基准，得出{T}相对于{S}在Z
S
方向的偏移值Δz，由偏转角γ和偏移值Δz得出{T}相对于{S}的变换矩阵
[0009][0010]步骤四：分割待清洗面重叠区域，在固定坐标系{S}中，将螺旋桨待清洗面轮廓线方程L
S
(x,y,z)投影在X
S
O
S
Y
S
平面内，得到方程另一相螺旋桨待清洗面轮廓线投影方程为由和求解重叠区域特征点F位置，和与桨轴交点分别为E和D，连接EF，作EF平行线L1与曲线段DF相切，L1与轮毂交点为M，连接ME，过F点做ME平行线L2，L2与L1交点为N，四边形MEFN覆盖的区域定为重叠区域清洗范围，以B/2为间距，做MN平行线，交桨毂轮廓线和NF于J1和J2点，延长J1J2至J3点，向X
S
负方向依次间隔做j条J1J3的平行线，直至清洗范围覆盖完重叠区域；
[0011]步骤五：找到上距离原点最远点，并计算其与原点距离为R，在X
S
O
S
Y
S
平面内，以O
S
为原点，以R为半径，建立螺旋桨待清洗面包络圆C0，以O
S
为原点，以R
‑
iB为半径，建立待清洗面分割圆C
i
，分割圆C
i
与待清洗面轮廓线左右交点分别为U
Li
和U
Ri
，分割圆C
i
和C
i
‑1形成的圆环为第i个清洗带；
[0012]步骤六：求解X
S
O
S
Y
S
内清洗轨迹，在固定坐标系{S}的X
S
O
S
Y
S
平面内，建立第i个清洗带的清洗轨迹环P
i
，P
i
方程为x2+y2＝(R
‑
(i
‑
0.5)*B)2，未重叠区域每个清洗带的清洗轨迹曲线方程为重叠区域的清洗轨迹的曲线方程为
[0013]步骤七：求解{S}内清洗轨迹，在{S}将和的Z
S
坐标值取任意值，得到一系列曲面，将得到的曲面分别与螺旋桨待清洗面曲面方程F
S
(x,y,z)求相交线，得到X
S
O
S
Y
S
平面内的清洗轨迹在螺旋桨待清洗面上的投影曲线，未重叠区域和重叠区域的清洗轨迹方程分别为和将清洗轨迹沿Z
S
负方向平移h，得到清洗枪运动轨迹方程为和
[0014]步骤八：在{T}内控制清洗机器人运动，将固定坐标系{S}中规划的清洗路径，转换到清洗机器人坐标系{T}中，未重叠区域和重叠区域清洗轨迹方程分别为
[0015][0016][0017]根据{T}中的清洗轨迹方程，控制清洗机器人运动，带动清洗枪清洗单片桨叶，完成后，清洗机器人绕桨轴转动角度继续按照{T}中的清洗轨迹方程清洗下一个桨叶，直至清洗完所有桨叶。
[0018]进一步的，在步骤一中，清洗机器人夹持固定在螺旋桨桨轴上，Z
S
与Z
T
方向重合。
[0019]进一步的，在步骤四中，B为清洗枪有效清洗宽度，j＝1,2,3...。
[0020]进一步的，在步骤四中，J1J
2延长至
至J3点的延长距离为B，与J1J3的平行的相邻两条平行线的间距为B/2。
[0021]进一步的，在步骤五中，设n为≤(R
‑
R0)/B的最大整数，R0为桨毂半径；当n为整数时，i＝1,2,3...n，当n不为整数时，i＝1,2,3...n,n+1，当i取到n+1时，(R
‑
R0)/B不为整数，以R0+B为半径建立待清洗面分割圆C
n+1
，分割圆C
n+1
与桨毂轮廓线形成第n+1个清洗带，全面覆盖桨叶根部剩余区域。
[0022]进一步的，在步骤六中，若存在P
n+1
，则P
n+1
方程为x2+y2＝(R0+0.5*B)2。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种螺旋桨清洗路径规划方法，其特征在于，所述清洗路径规划方法用于清洗机器人，所述清洗路径规划方法包括以下步骤：步骤一：建立坐标系，以螺旋桨的加工坐标系作为固定坐标系{S}＝(O
S
,X
S
,Y
S
,Z
S
)，Z
S
方向与桨轴轴心线重合，以清洗机器人夹持中心线为Z
T
方向，建立清洗机器人坐标系为{T}＝(O
T
,X
T
,Y
T
,Z
T
)；步骤二：获取螺旋桨尺寸参数方程，根据螺旋桨加工数据得到螺旋桨待清洗面在固定坐标系{S}中的曲面方程F
S
(x,y,z)和轮廓线方程L
S
(x,y,z)；步骤三：求解坐标系变换矩阵，通过清洗机器人检测固定坐标系{S}的X
S
方向标定点位置，得到{T}相对于{S}绕Z
S
轴的偏转角γ，同时检测螺旋桨的桨毂端面基准，得出{T}相对于{S}在Z
S
方向的偏移值Δz，由偏转角γ和偏移值Δz得出{T}相对于{S}的变换矩阵z，由偏转角γ和偏移值Δz得出{T}相对于{S}的变换矩阵步骤四：分割待清洗面重叠区域，在固定坐标系{S}中，将螺旋桨待清洗面轮廓线方程L
S
(x,y,z)投影在X
S
O
S
Y
S
平面内，得到方程另一相螺旋桨待清洗面轮廓线投影方程为由和求解重叠区域特征点F位置，和与桨轴交点分别为E和D，连接EF，作EF平行线L1与曲线段DF相切，L1与轮毂交点为M，连接ME，过F点做ME平行线L2，L2与L1交点为N，四边形MEFN覆盖的区域定为重叠区域清洗范围，以B/2为间距，做MN平行线，交桨毂轮廓线和NF于J1和J2点，延长J1J2至J3点，向X
S
负方向依次间隔做j条J1J3的平行线，直至清洗范围覆盖完重叠区域；步骤五：找到上距离原点最远点，并计算其与原点距离为R，在X
S
O
S
Y
S
平面内，以O
S
为原点，以R为半径，建立螺旋桨待清洗面包络圆C0，以O
S
为原点，以R
‑
iB为半径，建立待清洗面分割圆C
i
，分割圆C
i
与待清洗面轮廓线左右交点分别为U
Li
和U
Ri
，分割圆C
i
和C
i
‑1形成的圆环为第i个清洗带；步骤六：求解X
S
O
S
Y
S
内清洗轨迹，在固定坐标系{S}的X
S
O
S
Y
S
平面内，建立第i个清洗带的清洗轨迹环P
i
，P
i
方程为x2+y2＝(R
‑
(i
‑
0.5)*B)2，未重叠区域每个清洗带的清洗轨迹曲线方程为重叠区域的清洗轨迹的曲线方程为步骤七：求解{S}内清洗轨迹，在{S}将和的Z
S
坐标值取...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建，张湖宾，陈晨，郭胜，唐文献，张思，齐继阳，陈赟，
申请(专利权)人：镇江宇诚智能装备科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：