一种自由曲面喷涂路径自动生成方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种自由曲面喷涂路径自动生成方法与装置，其中，方法包括：根据自由曲面点云数据提取特征面，根据特征面和自由曲面点云数据确定索引空间；采用亚多边形划分的方法对特征面上的原多边形进行线段分割，得到多个亚多边形线段集合，亚多边形线段集合围成的面积和等于原多边形的面积和，亚多边形线段集合依次首尾相连得到亚多边形；基于亚多边形进行亚多边形轨迹规划，得到亚多边形轨迹，基于亚多边形轨迹和索引空间获取喷涂点索引，根据喷涂点索引计算喷涂点和喷涂姿态，基于喷涂点和喷涂姿态得到喷涂位姿路径，评估并输出喷涂位姿路径。与现有技术相比，本发明专利技术具有适用于任意自由曲面点云数据、喷涂宽度可调等优点。喷涂宽度可调等优点。喷涂宽度可调等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种自由曲面喷涂路径自动生成方法与装置


[0001]本专利技术涉及机器人轨迹规划及自动喷涂领域，尤其是涉及一种自由曲面喷涂路径自动生成方法和装置。

技术介绍

[0002]多轴机器人经常用在复杂构件的喷涂场合，根据轨迹编程方式，可以将机器人喷涂应用分为人工示教和离线编程两种。手动示教得到的机器人喷涂轨迹具有可靠性高的特点，依赖操作者的经验，通常无法达到最佳喷涂效果。离线编程方法可以根据被喷涂工件的数字模型、工艺参数生成特定的喷涂轨迹，同时完成仿真验证，利于实现自动喷涂。
[0003]目前多数的自由曲面喷涂路径规划是对CAD模型进行处理，进行曲面切块、切片，计算单元格的几何特征，得到路径点，生成喷涂轨迹。例如，一种喷涂成型过程中的刀具轨迹规划方法对标准CAD模型进行三角化处理，得到工件的表面喷涂轨迹，该方法只对汽车内罩进行了测试，通常适用于已知标准CAD模型的场合，不利于任意自由曲面点云数据的高效喷涂路径生成，适用范围窄，无法对不同情况的喷涂进行喷涂宽度的调整。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供的一种适用于任意自由曲面点云数据、喷涂宽度可调的自由曲面喷涂路径自动生成方法和装置。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]一种自由曲面喷涂路径自动生成方法，包括以下步骤：
[0007]根据自由曲面点云数据提取特征面，根据特征面和自由曲面点云数据确定索引空间；
[0008]采用亚多边形划分的方法对所述特征面上的原多边形进行线段分割，得到多个亚多边形线段集合，所述亚多边形线段集合围成的面积和等于原多边形的面积和，所述亚多边形线段集合依次首尾相连得到亚多边形；
[0009]基于所述亚多边形进行亚多边形轨迹规划，得到亚多边形轨迹，基于所述亚多边形轨迹和索引空间获取喷涂点索引，根据喷涂点索引计算喷涂点和喷涂姿态，基于喷涂点和喷涂姿态得到喷涂位姿路径，评估并输出所述喷涂位姿路径；
[0010]其中，轨迹规划的过程为：
[0011]设置偏移线段，所述偏移线段在亚多边形外，且不与亚多边形相交；
[0012]基于喷涂宽度对亚多边形和偏移线段进行平行线划分，得到平行线集合，所述平行线集合中的每一条平行线互相平行，与亚多边形有2个交点，与偏移线段有1 个交点，所述平行线集合中的每一条平行线与偏移线段的交点的索引为该平行线的排列序号；
[0013]判断亚多边形上是否存在拐点，若存在，则过拐点向与拐点最接近的平行线作垂线，得到拐点延长线以及该平行线与该拐点延长线的交点；
[0014]基于平行线的排列序号，将平行线与亚多边形的交点和平行线与拐点延长线的交
点进行分组，得到每条平行线对应的交点集合，
[0015]筛选所述每条平行线对应的交点集合，得到每条平行线对应的路径点集合；
[0016]得到路径点集合后，根据之字形路径算法连接路径点集合中的路径点，得到亚多边形轨迹。
[0017]进一步地，采用亚多边形划分的方法对所述特征面上的原多边形进行线段分割的具体表达式为：
[0018]polygon
i
＝divide(polygon
feat
),i∈1,...,n
[0019][0020]其中，polygon
i
为划分得到的亚多边形，i为划分得到的亚多边形序号，divide 为划分函数，polygon
feat
为在特征面上的原多边形，n为划分得到的亚多边形总个数，aera为计算多边形包络面积函数。
[0021]进一步地，所述设置偏移线段的约束条件为：
[0022][0023]其中，i为划分得到的亚多边形序号，为偏移线段，polygon
i
为划分得到的第i个亚多边形，d
lploy
为偏移线段到亚多边形的距离，δ为偏移线段到亚多边形的最小偏移距离。
[0024]进一步地，所述特征面的约束条件为：
[0025]Plane
feat
(x,y,z)＝0:A
feat
x+B
feat
y+C
feat
z+D
feat
＝0
[0026]Plane
feat
(x
p
,y
p
,z
p
)>0
[0027]Plane
feat
(x
np
,y
np
,z
np
)<0
[0028]n
z
·
Plane
feat
(x,y,z)＝0
[0029]Plane
feat
(x
L
,y
L
,z
L
)＝0
[0030]F
L
＝(n
x
,n
y
,n
z
)＝PCA(
B
P)
[0031]其中，Plane
feat
为平面函数，x、y和z为特征面上的点，A
feat
、B
feat
、C
feat
和D
feat
为平面系数，x
p
、y
p
和z
p
为点云区域中的点，x
np
、y
np
和z
np
为非点云区域中的点， F
L
为点云数据的局部坐标系，x
L
、y
L
和z
L
为局部坐标系中的点，n
x
、n
y
和n
z
为局部坐标系的三个坐标轴向量，PCA为PAC算法函数，
B
P为自由曲面点云。
[0032]进一步地，筛选所述每条平行线对应的交点集合的约束条件为：
[0033][0034][0035]其中，j为平行线的排列序号，p
j
为第j条平行线对应的交点，为计算平行线和亚多边形交点的函数，为平行线集合中的第j条平行线，polygon
i
为划分得到的第i个亚多边形，l
first
为polygon
i
的主方向直线。
[0036]进一步地，根据之字形路径算法连接路径点集合中的路径点的计算式为：
[0037]feat
P
dep
＝zizg(∑p
j
)
[0038]其中，
feat
P
dep
为特征面上的亚多边形轨迹，zizg为之字形路径算法，p
j
为第j条平行
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自由曲面喷涂路径自动生成方法，其特征在于，包括以下步骤：根据自由曲面点云数据提取特征面，根据特征面和自由曲面点云数据确定索引空间；采用亚多边形划分的方法对所述特征面上的原多边形进行线段分割，得到多个亚多边形线段集合，所述亚多边形线段集合围成的面积和等于原多边形的面积和，所述亚多边形线段集合依次首尾相连得到亚多边形；基于所述亚多边形进行亚多边形轨迹规划，得到亚多边形轨迹，基于所述亚多边形轨迹和索引空间获取喷涂点索引，根据喷涂点索引计算喷涂点和喷涂姿态，基于喷涂点和喷涂姿态得到喷涂位姿路径，评估并输出所述喷涂位姿路径；其中，轨迹规划的过程为：设置偏移线段，所述偏移线段在亚多边形外，且不与亚多边形相交；基于喷涂宽度对亚多边形和偏移线段进行平行线划分，得到平行线集合，所述平行线集合中的每一条平行线互相平行，与亚多边形有2个交点，与偏移线段有1个交点，所述平行线集合中的每一条平行线与偏移线段的交点的索引为该平行线的排列序号；判断亚多边形上是否存在拐点，若存在，则过拐点向与拐点最接近的平行线作垂线，得到拐点延长线以及该平行线与该拐点延长线的交点；基于平行线的排列序号，将平行线与亚多边形的交点和平行线与拐点延长线的交点进行分组，得到每条平行线对应的交点集合，筛选所述每条平行线对应的交点集合，得到每条平行线对应的路径点集合；得到路径点集合后，根据之字形路径算法连接路径点集合中的路径点，得到亚多边形轨迹。2.根据权利要求1所述的一种自由曲面喷涂路径自动生成方法，其特征在于，采用亚多边形划分的方法对所述特征面上的原多边形进行线段分割的具体表达式为：polygon
i
＝divide(polygon
feat
),i∈1,...,n其中，polygon
i
为划分得到的亚多边形，i为划分得到的亚多边形序号，divide为划分函数，polygon
feat
为在特征面上的原多边形，n为划分得到的亚多边形总个数，aera为计算多边形包络面积函数。3.根据权利要求1所述的一种自由曲面喷涂路径自动生成方法，其特征在于，所述设置偏移线段的约束条件为：其中，i为划分得到的亚多边形序号，为偏移线段，polygon
i
为划分得到的第i个亚多边形，d
lploy
为偏移线段到亚多边形的距离，δ为偏移线段到亚多边形的最小偏移距离。4.根据权利要求1所述的一种自由曲面喷涂路径自动生成方法，其特征在于，所述特征面的约束条件为：Plane
feat
(x,y,z)＝0:A
feat
x+B
feat
y+C
feat
z+D
feat
＝0Plane
feat
(x
p
,y
p
,z
p
)>0Plane
feat
(x
np
,y
np
,z
np
)<0
n
z
·
Plane
feat
(x,y,z)＝0Plane<...

【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，马启航，
申请(专利权)人：颖态智能技术上海有限公司，
类型：发明
国别省市：