一种基于DMP的复杂曲面打磨轨迹规划方法技术

本发明专利技术提供一种基于DMP的复杂曲面打磨轨迹规划方法，包括利用深度相机获取打磨区域内的点云信息；在分割的打磨工件的点云数据中规划出打磨路径；计算打磨路径上各点的法向量和曲率，根据法向量计算打磨头在打磨点的姿态；基于打磨路径各点的曲率将打磨路径进行分割，将整条打磨路径轨迹分割成多个片段轨迹；对于每个片段轨迹分别用位置DMP1、方向DMP2、曲率DMP3对轨迹的位置和姿态、曲率进行建模；本发明专利技术能够实现轨迹分割，轨迹建模，打磨速度自适应调整；利用点云和DMP规划打磨路径，大大减少了在复杂曲面打磨时人的工作量，提高了打磨效率与打磨质量；使位置和姿态同步控制，根据曲率给进方向摩擦力对打磨速度进行控制。率给进方向摩擦力对打磨速度进行控制。率给进方向摩擦力对打磨速度进行控制。

【技术实现步骤摘要】
一种基于DMP的复杂曲面打磨轨迹规划方法


[0001]本专利技术涉及机器人打磨
，尤其是一种基于DMP的复杂曲面打磨轨迹规划方法。

技术介绍

[0002]随着机器人技术的不断发展，以及机械制造成本、零部件成本的逐渐降低，机器人逐渐从工业领域渗透进了我们的日常生活中。
[0003]服务机器人的不断普及，渐渐提升了人们对机器人的接受程度，市场上出现的机器人也逐渐由单一的送餐、快递机器人，拓展到具有医疗护养、解说导览等丰富功能的机器人，这同时也对机器人的稳定性、功能性与实用性有了更高的要求。在机器人打磨领域中，打磨路径的规划仍然是一个难点，并且现有技术较少考虑打磨速度对打磨质量的影响。例如：
[0004]专利CN202011493670.3公开了一种基于机器视觉的打磨路径规划方法。其提出了一种基于打磨过程中的打磨参数对打磨路径进行优化的方法，然而其方法繁琐，且没有考虑打磨速度对打磨质量的影响。
[0005]专利CN202111384297.2公开了一种基于实时点云的大型复杂构件表面打磨路径规划方法。其提出了一种基于表面点云的迭代规划路径方法，考虑了表面曲率对打磨的影响。但是没有考虑打磨速度与表面粗糙度的影响。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种基于DMP的复杂曲面打磨轨迹规划方法，本专利技术提出了一种自适应打磨速度的方法，大大减少了在复杂曲面打磨时人的工作量，提高了打磨效率与打磨质量。
[0007]本专利技术的技术方案为：一种基于DMP的复杂曲面打磨轨迹规划方法，包括以下步骤：
[0008]S1)、利用深度相机获取打磨区域内的点云信息，然后切割出带打磨工件部分的点云数据；
[0009]S2)、在分割的打磨工件的点云数据中规划出打磨路径；
[0010]S3)、计算打磨路径上各点的法向量和曲率，根据法向量计算打磨头在打磨点的姿态，并用四元数形式表示；
[0011]S4)、基于打磨路径各点的曲率将打磨路径进行分割，将整条打磨路径轨迹分割成多个片段轨迹；
[0012]S5)、对于每个片段轨迹，用位置DMP1、和方向DMP2对每个片段轨迹的位置和姿态进行建模，并对打磨路径的曲率用曲率DMP3进行建模；
[0013]S6)、打磨时，控制器根据DMP1和DMP2分别控制打磨头的位置和姿态，打磨的速度由DMP3和打磨给进方向摩擦力共同决定。
[0014]作为优选的，步骤S1)中，利用深度相机获取打磨区域内的点云信息后通过pcl库可视化。
[0015]作为优选的，步骤S1)中，所述的切割出带打磨工件部分的点云数据为：在点云中找出工件的边界，根据边界将工件部分点云切割出。
[0016]作为优选的，步骤S2)中，根据打磨头的工作半径，在工件的点云中规划出打磨路径，使得打磨头沿着这些轨迹打磨可以覆盖整个工件的表面。
[0017]作为优选的，步骤S3)中，所述的打磨路径上各点法向量采用pcl::NormalEstimation获得。
[0018]作为优选的，步骤S3)中，所述的打磨路径上各点曲率的计算方法如下：
[0019]S31)、设打磨路径由点集P＝{p1,p2......p
n
}，每个点p
i
＝{X
i
,Q
i
,k
i
}，X
i
是该点的位置，Q
i
表示该点的姿态，k
i
表示该点的曲率；点p
i
的曲率k
i
由点p
i
‑1、p
i
、p
i+1
计算得到；
[0020]S32)、曲率k
i
的计算方法为：
[0021]设X
i
＝(x
i
,y
i
,z
i
)、X
i
‑1＝(x
i
‑1,y
i
‑1,z
i
‑1)、X
i+1
＝(x
i+1
,y
i+1
,z
i+1
)、并且以X
o
＝(x0,y0,z0)为p
i
‑1、p
i
、p
i+1
三点所在圆的圆心；建立如下方程：
[0022][0023]联立(1)(2)消元得到：
[0024][0024][0025]记为：
[0026]A2＝2
×
(x
i
‑1‑
x
i
)；
[0027]B2＝2
×
(y
i
‑1‑
y
i
)；
[0028]C2＝2
×
(z
i
‑1‑
z
i
)；
[0029][0030]联立(1)(3)消元得到：
[0031][0032]记为：
[0033]A3＝2
×
(x
i+1
‑
x
i
)
[0034]B3＝2
×
(y
i+1
‑
y
i
)
[0035]C3＝2
×
(Z
i+1
‑
z
i
)
[0036][0037]根据三点共面约束可确定平面方程：
[0038][0039]A1＝y
i
×
z
i
‑1‑
y
i
‑1×
z
i
‑
y
i
×
z
i+1
+y
i+1
×
z
i
+y
i
‑1×
z
i+1
‑
y
i+1
×
z
i
‑1[0040]B1＝
‑
(x
i
×
z
i
‑1‑
x
i
‑1×
z
i
‑
x
i
×
z
i+1
+x
i+1
×
z
i
+x
i
‑1×
z
i+1
‑
x
i+1
×
z
i
‑1)
[0041]C1＝x
i
×
y
i
‑1‑
x
i
‑1×
y
i
‑
x
i
×
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于DMP的复杂曲面打磨轨迹规划方法，其特征在于，包括以下步骤：S1)、利用深度相机获取打磨区域内的点云信息；S2)、在分割的打磨工件的点云数据中规划出打磨路径；通过打磨头的工作半径，在工件的点云中规划出打磨路径，使得打磨头沿着这些轨迹打磨可以覆盖整个工件的表面；S3)、计算打磨路径上各点的法向量和曲率，根据法向量计算打磨头在打磨点的姿态，并用四元数形式表示；S4)、基于打磨路径各点的曲率将打磨路径进行分割，将整条打磨路径轨迹分割成多个片段轨迹；S5)、对于每个片段轨迹，用位置DMP1、和方向DMP2对轨迹的位置和姿态进行建模，并对打磨路径的曲率用曲率DMP3进行建模；S6)、打磨时，控制器根据DMP1和DMP2分别控制打磨头的位置和姿态，打磨的速度由DMP3和打磨给进方向摩擦力共同决定。2.根据权利要求1所述的一种基于DMP的复杂曲面打磨轨迹规划方法，其特征在于：步骤S3)中，所述的打磨路径上各点法向量采用pcl::NormalEstimation获得。3.根据权利要求1所述的一种基于DMP的复杂曲面打磨轨迹规划方法，其特征在于：步骤S3)中，所述的打磨路径上各点曲率的计算方法如下：S31)、设打磨路径由点集P＝{p1,p2......p
n
}构成，每个点p
i
＝{X
i
,Q
i
,k
i
}，X
i
为该点的位置，Q
i
表示该点的姿态，k
i
表示该点的曲率；点p
i
的曲率k
i
由点p
i
‑1、p
i
、p
i+1
计算得到；S32)、曲率k
i
的计算方法为：设定X
i
＝(x
i
,y
i
,z
i
)、X
i
‑1＝(x
i
‑1,y
i
‑1,z
i
‑1)、X
i+1
＝(x
i+1
,y
i+1
,z
i+1
)，并且以X
o
＝(x0,y0,z0)作为三点所在圆的圆心；建立如下方程：联立(1)(2)消元得到：记为：A2＝2
×
(x
i
‑1‑
x
i
)；B2＝2
×
(y
i
‑1‑
y
i
)；C2＝2
×
(z
i
‑1‑
z
i
)；联立(1)(3)消元得到：记为：
A3＝2
×
(x
i+1
‑
x
i
)B3＝2
×
(y
i+1
‑
y
i
)C3＝2
×
(z
i+1
‑
z
i
)根据三点共面约束可确定平面方程：A1＝y
i
×
z
i
‑1‑
y
i
‑1×
z
i
‑
y
i
×
z
i+1
+y
i+1
×
z
i
+y
i
‑1×
z
i+1
‑
y
i+1
×
z
i
‑1B1＝
‑
(x
i
×
z
i
‑1‑
x
i
‑1×
z
i
‑
x
i
×
z
i+1
+x
i+1
×
z
i
+x
i
‑1×
z
i+1
‑
x
i+1
×
z
i
‑1)C1＝x
i
×
y
i
‑1‑
x
i
‑1×
y
i
‑
x
i
×
y
i+1
+x
i+1
×
y
i
+x
i
‑1×
y
i+1
‑
x
i+1
×
y
i
‑1D1＝
‑
(x
i
×
y
i
‑1×
z
i+1
‑
x
i
×
y
i+1
×
z
i
‑1‑
x
i
‑1×
y
i
×
z
i+1
+x
i
‑1×
y
i+1
×
z
i
+x
i+1
×
y
i
×
z
i
‑1‑
x
i+1
×
y
i
‑1×
z
i
)通过以上(4)(5)(6)获得A～D系数建立线性方程组，三个未知数三个方程即可求解打磨头的工作圆心和半径：磨头的工作圆心和半径：磨头的工作圆心和半径：磨头的工作圆心和半径：式中，R为p
i
‑1、p
i
、p
i...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄浩晖，杨辰光，董佳乐，
申请(专利权)人：佛山纽欣肯智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：