空间凸多面体外表面打磨路径规划的方法及存储介质技术

本发明专利技术的一种空间凸多面体外表面打磨路径规划的方法及存储介质，该方法基于已经获取工作平面集合，并且对于每一个工作平面可直接获取其上待打磨面集合包括：S1、待打磨工作平面的确定与排序；S2、单个工作平面内多个待打磨面排序；S3、路径点队列建立；S4、计算耗时得出局部最优解。本发明专利技术的空间凸多面体外表面打磨路径规划的方法，基于已经获得已分类的三类打磨元素的空间坐标集合，并已知各拓扑节点所属关系，进行空间立体外表面路径规划。该方法能够实现自动的路径规划，保证自动化的同时，考虑工作行程以及空行程的影响，寻找相对较优的路径，解决了在频繁更换打磨对象时常规示教导致的效率低下的问题，整体设计具有简单易行、自动化程度高等特点。自动化程度高等特点。自动化程度高等特点。

【技术实现步骤摘要】
空间凸多面体外表面打磨路径规划的方法及存储介质


[0001]本专利技术涉及计算机图形学和钣金焊接件打磨加工
，具体涉及一种空间凸多面体外表面打磨路径规划的方法。

技术介绍

[0002]在钣金件焊接完成之后，工件表面存在各种各样的焊瘤以及熔渣，可以通过打磨抛光将其去掉。而且对于一些需要喷涂的表面也需要进行打磨处理，这样可以去除基材上的毛刺、油污以及灰尘，提高漆料的机械附着力。很多企业在设备生产加工过程中都有打磨、抛光的工序，很多中小型企业生产产品数量相对较少但品种繁多，往往采用传统的手工打磨，这样过分的依赖专业技能的人才导致人力成本的不断升高、加工质量不稳定，同时打磨会产生很多金属粉尘，长期处于这种环境会对人体健康产生一定的危害。
[0003]因此自动打磨设备的开发很重要，针对于打磨的自动化处理很重要的一点就是获取打磨处位置，传统的一些工业机器人一般采用示教的方式获取打磨路径点，当工件种类更换频繁时，这就导致频繁示教来获得打磨路径点耗时巨大。另外一些采用机器视觉对打磨面进行识别，通过提取特征点进行确定打磨点，当工件是立体的且打磨面分布在工件各个面上时操作起来就比较麻烦，在面向多品种、少批量的工件时，如何自动规划打磨路径，并且保证加工路径较为合理成为自动化打磨的一个重要难题。

技术实现思路

[0004]本专利技术提出的一种空间凸多面体外表面打磨路径规划的方法，可解决上述技术问题，实现在保证自动化得基础上，达到较优得路径规划，解决了多品种、少批量凸多面体工件外表面打磨加工工艺开发耗时长的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：
[0006]空间凸多面体外表面打磨路径规划的方法，包括以下步骤：
[0007]S1、工作平面排序：通过找寻前一个已经确定的工作平面找寻下一个相邻工作平面，通过回溯找到所有可能，将三维空间多面体路径规划问题转化为二维平面问题进行解决；
[0008]S2、工作平面内待打磨面排序：读取数据库中工作平面排序结果，在此工作平面顺序的基础之上对每个工作平面上的待打磨面再进行排序。结合贪心算法思想，将待打磨面集合中距离上一工作平面最后一个打磨面距离最近的打磨面作为起始，依次找寻距离最近的待打磨面放入排序后的队列，直至所有工作平面的所有待打磨面排序完成；
[0009]S3、路径点队列建立：依据S2待打磨面的排序结果，按照待打磨面的类型完成最终路径点队列的建立。并在工作平面转换时添加避障点；
[0010]S4、选取最佳路径：S1排序结果不唯一，所得路径点队列有多个，通过对进刀、退刀、打磨、转换工作平面等行程设置不同的权值，计算每种排序加工所耗费的总时长，选择时长最短为最佳加工路径。
[0011]进一步的，所述S1、工作平面排序：通过找寻前一个已经确定的工作平面找寻下一个相邻工作平面，通过回溯找到所有可能，将三维空间多面体路径规划问题转化为二维平面问题进行解决，包括：
[0012]S11、创建工作平面队列W；
[0013]S12、读取工作平面集合M，将集合M中法线最接近(1，0，0)的工作平面放入S1队首；
[0014]S13、依次读取集合M，选择跟W队尾元素相邻的工作平面P
i
放入W中；
[0015]S14、若集合M中的工作平面读取完毕，将工作平面的顺序放入数据库中。若没有读完集合M中的工作平面，重复S13至S14；
[0016]S15、若P
i
循环未结束，重复S13至S15；
[0017]进一步的，所述S2、工作平面内待打磨面排序：读取数据库中工作平面排序结果，在此工作平面顺序的基础之上对每个工作平面上的待打磨面再进行排序。结合贪心算法思想，将待打磨面集合中距离上一工作平面最后一个打磨面距离最近的打磨面作为起始，依次找寻距离最近的待打磨面放入排序后的队列，直至所有工作平面的所有待打磨面排序完成；具体包括：
[0018]S21、获取数据库中工作平面排序结果W
i
(i＝0、1
…
n，排序结果个数为n
‑
1)；
[0019]S22、创建待打磨面队列S；
[0020]S23、读取工作平面队列W
i
，获取当前工作平面。
[0021]S24、获取当前工作平面上的待打磨面集合H。
[0022]S25、判断S是否为空，若为空则选择集合H中距离刀具初始位置最近的元素放入S中，若不为空，则选择集合H中距离S队尾元素最近的元素放入S中。
[0023]S26、若集合H中的待打磨面未读取完毕，重复步骤S25；
[0024]S27、若队列W未读取完毕，重复步骤S34至S27；
[0025]进一步的，所述S3、路径点队列建立：依据S2待打磨面的排序结果，按照待打磨面的类型完成最终路径点队列的建立。并在工作平面转换时添加避障点；具体包括：
[0026]S31、创建路径点队列P并添加初始路径点；
[0027]S32、获取数据库待打磨面队列S；
[0028]S33、弹出S队首打磨面F
i
；
[0029]S34、若F
i
法线与S队尾路径点所在打磨面法线不相同，则计算避障点，加入队列P中；
[0030]S35、判断F
i
特征点个数，若特征点个数为4，计算矩形待打磨面的路径点并加入队列P中；若特征点个数为2，先将靠近P队尾路径点的特征点添加P中，然后将另一点加入，若特征点个数为1，则直接将特征点加入队列P中；
[0031]S36、若队列S不为空，则重复步骤S33至S36；
[0032]进一步的，所述S4、选取最佳路径：S1排序结果不唯一，所得路径点队列有多个，通过对进刀、退刀、打磨、转换工作平面等行程设置不同的权值，计算每种排序加工所耗费的总时长，选择时长最短为最佳加工路径。具体包括：
[0033]S41、分别设置空行程和工作行程的权值；
[0034]S42、判断每两个路径点之间的行程类型并乘对应的权值，将所有结果相加获取总的时长；
[0035]S43、总时长最小为最佳路径；
[0036]进一步的，其特征在于：避障点计算方法如下：
[0037]要在两个路径点和之间添加避障点，并且已知两个路径点对应的相邻两个工作平面F1和F2的法线分别是和可以求出两个工作平面F1和F2相交的直线l方程是：
[0038][0039]若是能够分别求出和到直线l的垂足和便可以通过相似三角形进行比例运算最终求出避障点。为了求出空间一点到空间直线的垂足，可以利用求条件极值的拉格朗日乘数法可以分别求出和到l的垂足，先求到l的垂足详细步骤如下。
[0040]设目标函数：
[0041]f(x，y，z)＝(x
‑
x1)2+(y
‑
y1)2+(z
‑
z1)2[0042]约束条件为(1)，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空间凸多面体外表面打磨路径规划的方法，基于已经获取工作平面集合，并且对于每一个工作平面可直接获取其上待打磨面集合，其特征在于：还包括以下步骤：S1、工作平面排序：确定好第一个面后通过找寻前一个已经确定的工作平面找寻下一个相邻工作平面，通过回溯找到所有可能，将三维空间多面体路径规划问题转化为二维平面问题进行解决；S2、工作平面内待打磨面排序：读取数据库中工作平面排序结果，在此工作平面顺序的基础之上对每个工作平面上的待打磨面再进行排序；结合贪心算法思想，将待打磨面集合中距离上一工作平面最后一个打磨面距离最近的打磨面作为起始，依次找寻距离最近的待打磨面放入排序后的队列，直至所有工作平面的所有待打磨面排序完成；S3、路径点队列建立：依据S2待打磨面的排序结果，按照待打磨面的类型完成最终路径点队列的建立；并在工作平面转换时为了避开障碍而额外需要添加一个路径点，即避障点；S4、选取最佳路径：S1排序结果不唯一，所得路径点队列有多个，通过对进刀、退刀、打磨、转换工作平面这些行程设置不同的权值，计算每种排序加工所耗费的总时长，选择时长最短为最佳加工路径。2.根据权利要求1所述的空间凸多面体外表面打磨路径规划的方法，其特征在于：所述S1、工作平面排序：通过找寻前一个已经确定的工作平面找寻下一个相邻工作平面，通过回溯找到所有可能，将三维空间多面体路径规划问题转化为二维平面问题进行解决，包括：S11、创建工作平面队列W；S12、读取工作平面集合M，将集合M中法线最接近(1，0，0)的工作平面放入S1队首；S13、依次读取集合M，选择跟W队尾元素相邻的工作平面P
i
放入W中；S14、若集合M中的工作平面读取完毕，将工作平面的顺序放入数据库中；若没有读完集合M中的工作平面，重复S13至S14；S15、若P
i
循环未结束，重复S13至S15。3.根据权利要求2所述的空间凸多面体外表面打磨路径规划的方法，其特征在于：所述S2、工作平面内待打磨面排序：读取数据库中工作平面排序结果，在此工作平面顺序的基础之上对每个工作平面上的待打磨面再进行排序；结合贪心算法思想，将待打磨面集合中距离上一工作平面最后一个打磨面距离最近的打磨面作为起始，依次找寻距离最近的待打磨面放入排序后的队列，直至所有工作平面的所有待打磨面排序完成；具体包括：S21、获取数据库中工作平面排序结果W
i
，i＝0、1
…
n，排序结果个数为n
‑
1；S22、创建待打磨面队列S；S23、读取工作平面队列W
i
，获取当前工作平面；S24、获取当前工作平面上的待打磨面集合H；S25、判断S是否为空，若为空则选择集...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴焱明，仲彦霖，张恩绪，刘翀，吴浩东，孟利振，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：