一种基于机械臂的曲面制造技术

本发明专利技术公开一种基于机械臂的曲面

【技术实现步骤摘要】
一种基于机械臂的曲面3D打印路径规划方法


[0001]本专利技术属于
3D
打印领域，具体涉及一种基于机械臂的曲面
3D
打印路径规划方法
。

技术介绍

[0002]在机械臂塑料挤出打印
(Fused granulate fabrication
，简称
FGF)
中，一般通过建模软件建立显式曲面模型或三角面
(mesh)
模型，以
STL
数据格式描述三维物体的表面几何形状，使用通用或厂商专用软件进行切片处理输出可供机器识别的
G
代码进行打印；现有技术中直接将模型生成打印路径，只在最开始选定基准面设置为边界条件，使用者没有调整的空间，一旦生成的打印路径不符合使用者的预期目标，也不能进行修改
。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于机械臂的曲面
3D
打印路径规划方法
。
[0004]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0005]一种基于机械臂的曲面
3D
打印路径规划方法，包括以下步骤：
[0006]输入一个单层几何曲面模型，将模型从曲面转换为三角型网格面；
[0007]提取三角形网格面的顶部和底部的边界条件；
[0008]根据提取的边界条件，运行
Python
代码，对三角形网格面上的点进行测地距离分析，并得到距离场；
>[0009]根据距离场以及在代码中输入的参数，生成符合曲面拓扑结构特征的均匀分布的等值线，生成等值线上所有控制点的三维坐标以及曲面上点对应的向量；
[0010]调整每条等值线上点的顺序，生成连续的
3D
打印路径，对相邻点对应机械臂工具头的向量通过欧拉公式进行处理，并以对应机械臂的源代码格式输出
。
[0011]进一步地，测地距离分析中，若曲面模型没有分叉，当在模型上插入一条曲线作为打印路径的一部分时，该插值的距离场遵循公式：
[0012]D
＝
(1
‑
t)d1‑
t d2[0013]式中，
D
表示插值经过计算后得到的测地距离，
d1与
d2分别是最低与最高两个边界的测地距离，
t
是一个表示插值的参数，范围在
(0,1]之间
。
[0014]进一步地，测地距离分析中，若曲面模型分叉，并有
n
个底部边界和
m
个顶部边界时，
n
顶部边界或
m
底部边界的距离场在进行插值时均需要分别整合进行计算；测地距离根据每条曲线进行计算，会产生两个距离集
D1＝
{d1,
…
，
d
n
}
以及
D2{d1,
…
,d
m
}
，并使用测地距离热力图方法，在同一网格上计算多个测地距离
。
[0015]进一步地，距离场整合方式包括：最小值取并集和幂函数二次平滑最小值取并集
。
[0016]进一步地，所述最小值取并集是由每个集合距离的最小值组成的，用于生成
K
条等值线的内插距离函数遵循下式：
[0017][0018]其中，
∪(D1)
是与距离集
D1取并集，
∪(D2)
是与距离集
D2取并集
。
[0019]进一步地，所述幂函数二次平滑最小值取并集，对于
n
个距离场，由递归关系定义，遵循如下公式：
[0020][0021]h
＝
max(r
‑
|d
n
‑
U
n
‑1｜，
0)
[0022]式中，
r
是确定平滑范围的半径，
U
n
是对于第
n
个距离场取并集的结果，
U
n
‑1是对于第
n
‑1个距离场取并集的结果，
d
n
是第
n
个距离场的测地距离
。
[0023]进一步地，代码中输入的参数包括：平均层高和局部打印完成后机械臂抬升高度
。
[0024]进一步地，对相邻点对应机械臂工具头的向量通过欧拉公式进行处理的步骤具体为：
[0025]S51
，根据生成的符合曲面拓扑结构特征的等值线，再生成等值线上所有控制点的三维坐标以及曲面上点对应的向量，用于控制机械臂工具头姿态；
[0026]S52
，调整每条等值线上点的顺序，生成连续的
3D
打印路径，对相邻点对应工具头的向量先应用向量归一化，使所有向量方向不变，数值缩小到0‑1之间；
[0027]S53
，再应用欧拉公式，通过对系数的调节，缩小向量与
z
轴正方向之间的夹角，优化打印路径，通过
Python
代码，使相邻两点间向量平滑过度
。
[0028]一种基于机械臂的曲面
3D
打印路径规划系统，包括：
[0029]模型转换模块：输入一个单层几何曲面模型，将模型从曲面转换为三角型网格面；
[0030]便捷条件提取模块：提取三角形网格面的顶部和底部的边界条件；
[0031]距离场分析模块：根据提取的边界条件，运行
Python
代码，对三角形网格面上的点进行测地距离分析，并得到距离场；
[0032]等值线生成模块：根据距离场以及在代码中输入的参数，生成符合曲面拓扑结构特征的均匀分布的等值线，生成等值线上所有控制点的三维坐标以及曲面上点对应的向量；
[0033]以及，路径生成模块：调整每条等值线上点的顺序，生成连续的
3D
打印路径，对相邻点对应机械臂工具头的向量通过欧拉公式进行处理，并以对应机械臂的源代码格式输出
。
[0034]本专利技术的有益效果：
[0035]1、
使用本专利技术可以在无支撑条件下进行有倾斜角度的非平面打印，可以不需要模具，低成本高效率地完成模型的
3D
打印，使用此专利技术生成的打印路径是符合曲面几何特征的，能将产品高质量地打印出来
。
[0036]2、
使用本专利技术可以在建造大型曲面建筑构件
(
多分叉构筑物
、
树状柱
、
镂空立面
)
时，打印层间受力沿应力方向，通过对整体模型分块，在场地允许情况下一次性打印建造出完整模型，还能提高
3D
打印的打印精度与打印速度，增强层与层之间的粘结强度，表面肌理本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于机械臂的曲面
3D
打印路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：输入一个单层几何曲面模型，将模型从曲面转换为三角型网格面；提取三角形网格面的顶部和底部的边界条件；根据提取的边界条件，运行
Python
代码，对三角形网格面上的点进行测地距离分析，并得到距离场；根据距离场以及在代码中输入的参数，生成符合曲面拓扑结构特征的均匀分布的等值线，生成等值线上所有控制点的三维坐标以及曲面上点对应的向量；调整每条等值线上点的顺序，生成连续的
3D
打印路径，对相邻点对应机械臂工具头的向量通过欧拉公式进行处理，并以对应机械臂的源代码格式输出
。2.
根据权利要求1所述的一种基于机械臂的曲面
3D
打印路径规划方法，其特征在于，测地距离分析中，若曲面模型没有分叉，当在模型上插入一条曲线作为打印路径的一部分时，该插值的距离场遵循公式：
D
＝
(1
‑
t)d1‑
td2式中，
D
表示插值经过计算后得到的测地距离，
d1与
d2分别是最低与最高两个边界的测地距离，
t
是一个表示插值的参数，范围在
(0,1]
之间
。3.
根据权利要求2所述的一种基于机械臂的曲面
3D
打印路径规划方法，其特征在于，测地距离分析中，若曲面模型分叉，并有
n
个底部边界和
m
个顶部边界时，
n
顶部边界或
m
底部边界的距离场在进行插值时均需要分别整合进行计算；测地距离根据每条曲线进行计算，会产生两个距离集
D1＝
{d1,
…
，
d
n
}
以及
D2{d1，
…
，
d
m
}
，并使用测地距离热力图方法，在同一网格上计算多个测地距离
。4.
根据权利要求3所述的一种基于机械臂的曲面
3D
打印路径规划方法，其特征在于，距离场整合方式包括：最小值取并集和幂函数二次平滑最小值取并集
。5.
根据权利要求4所述的一种基于机械臂的曲面
3D
打印路径规划方法，其特征在于，所述最小值取并集是由每个集合距离的最小值组成的，用于生成
K
条等值线的内插距离函数遵循下式：
D
j
＝
(1
‑
t
j
)∪(D1)
‑
t
j
∪(D2)
，其中，
U(D1)
...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹佳文，华好，徐光，杨紫薇，
申请(专利权)人：浙江绍兴康微机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：