一种多区域融合的轨迹生成方法技术

一种多区域融合的轨迹生成方法，对于已被划分成若干区域的待生成轨迹的目标面，计算每个区域内给定的参考基准到该区域各点的距离，对于两个相邻区域的公共边界，分别提取公共边界到两个参考基准的距离值并建立距离值的线性映射关系，实现距离配准，并利用该线性关系对区域内的各点距离值进行更新；而后对公共边界邻域的距离值进行拉普拉斯融合，实现平滑过渡。对于所有其余相邻区域也依次采用上述方法进行融合，最后提取等距线得到满足要求的融合轨迹。本发明专利技术简单有效，具有通用性，可用于复杂曲面零件的分区制造，3D打印件的增材制造，复合材料自动铺丝的制造过程等诸多领域。合材料自动铺丝的制造过程等诸多领域。合材料自动铺丝的制造过程等诸多领域。

【技术实现步骤摘要】
一种多区域融合的轨迹生成方法


[0001]本专利技术涉及计算机辅助(CAX)
，特别涉及一种多区域融合的轨迹生成方法。

技术介绍

[0002]当难以兼顾所有需求获得全局最优解之时，分而治之便是一种常见的问题解决思路。无论是城市的分区规划，复杂曲面上刀轨运动轨迹的设计排布，3D打印的路径规划，复合材料自动铺放的路径设计，根据不同的条件要求，利用分区的方式是一种常见的思路,而且往往都能为找到更优解提供一个解决方案。
[0003]但是通过分区的方式规划轨迹存在着一个不可避免的问题，即不同区域之间的轨迹过渡问题。目前，有一些研究在分区之后并未考虑过渡连接，这样必然存在着一定的缺陷。如果没有进行后处理，各区域的轨迹相互独立，不同区域之间的轨迹不连续，边界上的轨迹方向不一致，那么该轨迹则会导致刀具的抬刀、3D打印的断丝或者复合材料铺放的断丝，必然会对工件的性能造成一定的负面影响。
[0004]有一些研究在完成了分区轨迹规划的基础上，提出了一些分区轨迹过渡的方法，大致可分为两类：
[0005]第一类方法，先得到各个区域的刀轨，再考虑各个区域之间的过渡连接，这是最常见的一种过渡连接方式。有学者提出，利用Nurbs曲线或三次B样条曲线，在区域边界处拟合局部的过渡曲线，完成区域之间的平滑过渡连接。这种方法通常可以满足局部过渡区域的G1连续性，轨迹也较为光顺。但对如果两个区域之间的轨迹在边界处的方向差异过大，轨迹数量不一致的情况下，这种方法并不能很好地完成区域间轨迹的过渡，仍存在类似于接刀纹的现象存在。此外，对于精度要求较高的复杂曲面，局部过渡曲线的拟合也不能起到很好的效果。
[0006]第二类方法，分区轨迹优化，从整体的视角将各个区域分别进行优化，令区域之间的轨迹趋于平滑。这种方法表面看上去将各个区域的连接在了一起，但实际上并没有真正的实现轨迹的过渡连接，而且对每个区域内的轨迹调整较大，难以满足原本各区域对轨迹的要求，简而言之，区域内轨迹的优化和边界过渡平滑之间互有取舍，整体和局部都难以兼顾。
[0007]本专利技术提出了一种多区域融合的轨迹生成方法，旨在既考虑每个区域内对轨迹的要求，同时又考虑各区域之间的过渡连接，该方法提供了更高效、鲁棒和统一性的操作，为生成连续平滑过渡的多区域融合轨迹提供了一种新的思路。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是针对目前通过区域划分进行轨迹规划后的轨迹，各个区域之间无法实现融合过渡的问题，专利技术一种多区域融合的轨迹生成方法。
[0009]本专利技术的技术方案是：
[0010]一种多区域融合的轨迹生成方法，其特征在于：对于已被划分成若干区域的待生成轨迹的目标面，计算每个区域内给定的参考基准到该区域各点的距离，对于两个相邻区域的公共边界，分别提取公共边界到两个参考基准的距离值并建立距离值的线性映射关系，实现距离配准，并利用该线性关系对区域内的各点距离值进行更新；而后对公共边界邻域的距离值进行拉普拉斯融合，实现平滑过渡。对于所有其余相邻区域也依次采用上述方法进行融合，最后提取等距线得到满足要求的融合轨迹。为了方便距离值这一离散变量的计算和处理，可采用图像栅格化的方式来实现对距离值的离散，以便于后续的映射变换、插值填充等一系列的操作。
[0011]本专利技术的有益效果是：
[0012]本专利技术提供了一种多区域融合的轨迹生成方法，既考虑每个区域内对轨迹的要求，同时又考虑各区域之间的过渡连接。首先，轨迹边界光滑，过渡区域的连接不存在曲率突然变化特别大的地方。第二，统一高效，相比于以往方法中使用的局部过渡曲线拟合的方法，类似于图像处理的算法提供了更高效、鲁棒和统一性的操作来处理几何问题。最后，轨迹整体优化，可以实现所有区域的轨迹融合优化，满足与给定矢量场方向的吻合度要求、等步距约束。
[0013]本专利技术简单有效，具有通用性，可用于复杂曲面零件的分区制造，3D打印件的增材制造，复合材料自动铺丝的制造过程等诸多领域。
附图说明
[0014]图1为本专利技术的整体流程图。
[0015]图2为已被划分成若干区域的待生成轨迹的目标面。
[0016]图3为给定的参考矢量场。
[0017]图4为计算得到各分区对应的参考基准。
[0018]图5(a)、图5(b)为各个子区域根据基准点欧氏距离生成的灰度图像。
[0019]图6为相邻两个区域的灰度图像及其边界。
[0020]图7为边界值最小二乘拟合的线性映射关系。
[0021]图8为经过线性映射更新后的灰度图。
[0022]图9为窄带过渡区域插值填充后的灰度图。
[0023]图10为融合前生成的铺放轨迹。
[0024]图11、图12为最终生成的铺放轨迹。
[0025]图13、图14为实例二的对比结果。
[0026]具体实施方法
[0027]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明。
[0028]如图1
‑
14所示。
[0029]一种多区域融合的轨迹生成方法，具体步骤为：
[0030]首先，对于已被划分成若干区域的待生成轨迹的目标面，根据轨迹生成要求计算得到各分区对应的参考标准，这里的参考基准采用基准点的形式给出。
[0031]第二，根据该参考基准计算对应区域各点的距离值，即到基准点的距离值，为了方便离散化表征，这里将其区域栅格化形成灰度图像的形式，图像的灰度值即为上述的距离
值。
[0032]第三，对相邻区域的两个灰度图像I1和I2，其相邻边界像素点{p
b
}在I1和I2上的灰度值分别为p
b1
和p
b2
，通过最小二乘计算得到线性映射的系数A和b，使得‖A
·
p
b2
+b
‑
p
b1
‖达到最小化，并对I2进行灰度值调整更新得到I2＝A
·
I2+b。
[0033]第四，同时以{p
b
}为基准进行图像膨胀得到公共边界邻域M，通过图像拉普拉斯融合得到公共边界邻域M内的像素灰度值，进而完成I1和I2的灰度值修正。
[0034]最后，以此类推对所有相邻区域的距离值按照上述步骤进行修正，最后提取等距线得到满足要求的融合轨迹。整体流程如图1所示。
[0035]其中：
[0036]一、所述的待生成轨迹，要求各点处的轨迹方向一定程度上与参考方向吻合，即轨迹各点切线方向与该点参考方向的夹角小于给定值，且相邻轨迹间距处处相等，即轨迹可以被视作由一参考基准向外进行等距偏置形成的等距线。所述参考方向，指给定的一个待规划轨迹的区域的矢量场，作为理论上轨迹趋势的依据，希望待生成的轨迹向其靠拢，通常由有限元仿真计算而得。
[0037]二、所述的参考基准，参考基准由目标面上的点、线元素构成，各区域对应一个参考基准，通过将参考基准依照不同距离向外等距偏置得到对应轨迹。本专利的参考基准采用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多区域融合的轨迹生成方法，其特征在于：对于已被划分成若干区域的待生成轨迹的目标面，计算每个区域内给定的参考基准到该区域各点的距离，对于两个相邻区域的公共边界，分别提取公共边界到两个参考基准的距离值并建立距离值的线性映射关系，实现距离配准，并利用该线性关系对区域内的各点距离值进行更新；而后对公共边界邻域的距离值进行拉普拉斯融合，实现平滑过渡；对于所有其余相邻区域也依次采用上述方法进行融合，最后提取等距线得到满足要求的融合轨迹。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的参考基准由目标面上的点、线元素构成，每一个划分好的区域对应一个参考基准。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的线性映射是指通过最小二乘使相邻两个区域公共边界上的距离值的二范数最小，即找到和使得最小，其中和分别为边界...

【专利技术属性】
技术研发人员：李迎光，许可，王士心，林静明，郝小忠，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：