【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于飞机装配密封剂涂覆方法，尤其涉及一种用于飞机装配自动涂胶的机器人路径生成方法。
技术介绍
1、飞机的密封性好坏对于安全飞行与机身寿命具有重要影响，随着复合材料在航空领域的使用率逐年增高，飞机机身壁板、机翼骨架、座舱和窗框等大量部件均采用胶接方式，正因如此，飞机密封剂涂覆工作在飞机装配制造过程中占据重要地位。然而，由于飞机大部分构件存在结构特征多样性等特点，使得按照实际轮廓涂胶的难度较高，因此各主机厂多采用人工涂覆的方式进行。但是，人工涂覆存在涂胶质量不稳定、可操作性差和涂胶材料危害人身健康等问题，严重制约了我国飞机制造业的发展。
2、工业机器人在焊接、打磨、切割和喷漆等诸多工况中被应用，基于工业机器人的自动化密封剂涂覆系统也由此诞生，其发展至今已有4类系统：一般涂胶机器人、机械式涂胶机器人、软仿形涂胶机器人和智能化涂胶机器人，其中智能化涂胶机器人采用了机器视觉技术、智能控制技术等高灵活性、高智能化技术，现已成为自动涂覆系统的主流技术。然而，目前使用的专用涂覆机器人由于自动化程度、精度、涂覆质量以及经济成本等方面的制约，大多只应用于汽车生产线等涂覆工件结构特征相对简单的场合，无法直接应用到飞机密封剂涂覆领域。目前提出的飞机密封剂涂覆系统大多仍存在不适用于大尺寸部件、不适用于空间曲面特征结构、定位误差较大、涂覆质量较差、路径生成和涂覆效率较低，以及无法进行在线随形涂覆等问题。
技术实现思路
1、为了克服现有飞机装配密封剂涂覆系统存在的上述缺陷，本专利技术提出了
2、整体而言，本专利技术方法包括以下关键设计：
3、(一)点云图像特征提取
4、依照涂覆工艺，飞机密封剂涂覆的路径主要以待涂覆工件框架的部分特征结构为依据，例如待涂覆面及其边棱等。因此，在采集到激光线点云数据后，系统率先对点云数据进行预处理，如去除噪点和roi区域裁剪等。然后，对线激光数据所描述的待涂覆工件截面轮廓，进行基于距离阈值的多直线/曲线拟合，分割、提取不同面(待涂面与非待涂面)的实际点云，以区分待涂面与其他面，通过计算端点或不同面交点等方式确定特征点所处位置。最后，根据涂覆工艺要求，结合涂覆端头型号等参数对特征点进行偏移，从而得到实际涂覆路径点和对应姿态。
5、(二)基于时序的点云姿态计算
6、涂覆过程中，密封剂涂覆模块需要根据待涂覆面进行姿态调整，依照工艺信息可知，待涂覆面存在俯仰角变化的情况，因此建立于涂覆端主轴的工具坐标系需要在系统的控制下随着俯仰角的变化进行旋转。在调整基坐标系、工具坐标系至合理位姿后，系统将以涂覆过程的主运动方向为轴，进行姿态调整。在线涂覆模式中，由于涂覆过程对实时性有着较高的需求，因此系统将直接利用线激光扫描获得的原始图像，进行基于时序的相对姿态计算。
7、(三)基于特征点的路径生成
8、在获取特征点后，系统将在该系列特征点的基础上进行路径生成。系统在特征点的基础上重新进行路径点分割，采用插补的方法，充分利用插补段内各特征点的变化趋势，计算获得涂覆路径。在此基础上，为使涂覆过程合理化，系统将其划分为前序、中序以及后序三个阶段，分别采用不同的路径生成策略，使全过程能够较为稳定地实现过渡。
9、(四)涂覆路径拟合与再分割
10、上述基于特征点的路径生成功能主要为满足高实时性的系统处理需求，大多使用于在线涂覆的模式。而在此基础上，离线涂覆的模式为进一步提升路径生成的准确性与合理性，增加了涂覆路径拟合与再分割的功能。通过路径生成功能，系统得到基于特征点计算所得的一系列路径点，并将该路径点进行高阶曲线拟合，形成空间的高阶曲线表达式，实现对路径点的统一。后根据该高阶曲线表达式，系统将依照所需的速度进行路径再分割，计算对应速度下的各路径点坐标，引导机械臂末端密封剂涂覆模块运动。
11、具体地，本专利技术提供了一种用于飞机装配自动涂胶的机器人路径生成方法，本方法包括：
12、s1.点云图像特征提取：线激光传感器采集到待涂覆工件点云数据后，先对点云数据进行预处理，然后对点云数据所描述的待涂覆工件截面轮廓进行基于距离阈值的多直线/曲线拟合，分割、提取待涂覆面与非待涂覆面的实际点云，通过计算端点或不同面交点的方式确定特征点所处位置，然后根据涂覆工艺要求和涂覆端头型号对特征点进行偏移，得到实际涂覆路径点和对应姿态；
13、s2.基于时序的点云姿态计算：控制建立于涂覆端主轴的工具坐标系，使其随着待涂覆面俯仰角的变化进行旋转，在调整基坐标系、工具坐标系至合理位姿后，以涂覆过程的主运动方向为轴，进行姿态调整；
14、s3.基于特征点的路径生成：在获取特征点后，在特征点的基础上重新进行路径点分割，采用插补的方法，利用插补段内各特征点的变化趋势，计算获得涂覆路径；
15、s4.涂覆路径拟合与再分割：当进行离线涂覆时，通过上步得到基于特征点计算所得的一系列路径点，对所得路径点进行高阶曲线拟合，形成空间的高阶曲线表达式，然后根据该高阶曲线表达式依照所需的速度进行路径再分割，计算对应速度下的各路径点坐标，引导涂覆运动。
16、进一步地，本专利技术用于飞机装配自动涂胶的机器人路径生成方法中所述密封剂涂覆的参考基准为待涂覆面本身、待涂覆面的边界、待涂覆面与其他面的交界处。
17、进一步地，本专利技术用于飞机装配自动涂胶的机器人路径生成方法步骤s1中所述的预处理包括去除噪点和roi区域裁剪。
18、进一步地，本专利技术用于飞机装配自动涂胶的机器人路径生成方法步骤s2中所述的基于时序的点云姿态计算，当进行在线涂覆时，直接利用线激光扫描获得的原始图像，进行基于时序的相对姿态计算。
19、进一步地，本专利技术用于飞机装配自动涂胶的机器人路径生成方法步骤s2中所述的基于时序的点云姿态计算，包括：
20、设置工具坐标系的运动方向同基坐标系以及实际涂覆过程的主运动方向重合，降低需要进行调整的姿态变换自由度；
21、利用涂覆过程中待涂覆工件结构的一致性与连续性，将姿态变化转变为基于特征的连续变化过程，即将独立时刻的绝对姿态计算转变为连续时间内的相对姿态计算；
22、基于时序的点云相对姿态计算方法利用相邻时刻的点云特征，通过比较两者的姿态变化，获取对应时刻的工具坐标系相对姿态关系；通过特征点提取和特征结构分割后，将该特征进行ransac方法拟合，获得其所在直线的点向式，得到该方向的视觉坐标系单位平面向量；根据前序时刻的点云图像，提取出该时刻下的特征结构单位向量，如下式所示：
23、
24、其中,表示ti-1时刻的特征向量，表示ti时刻的特征向量，表示ti-1时刻向ti时刻的工具坐标系姿态变换，可由机械臂末端姿态变本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于飞机装配自动涂胶的机器人路径生成方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的用于飞机装配自动涂胶的机器人路径生成方法，其特征在于，所述涂覆的参考基准为待涂覆面本身、待涂覆面的边界、待涂覆面与其他面的交界处。
3.根据权利要求1所述的用于飞机装配自动涂胶的机器人路径生成方法，其特征在于，步骤S1中所述的预处理包括去除噪点和ROI区域裁剪。
4.根据权利要求1所述的用于飞机装配自动涂胶的机器人路径生成方法，其特征在于，步骤S2中所述的基于时序的点云姿态计算，当进行在线涂覆时，直接利用线激光扫描获得的原始图像，进行基于时序的相对姿态计算。
5.根据权利要求1所述的用于飞机装配自动涂胶的机器人路径生成方法，其特征在于，步骤S2中所述的基于时序的点云姿态计算，包括：
6.根据权利要求1所述的用于飞机装配自动涂胶的机器人路径生成方法，其特征在于，步骤S3中所述的基于特征点的路径生成，包括：
7.根据权利要求1所述的用于飞机装配自动涂胶的机器人路径生成方法，其特征在于，步骤S4中所述的涂覆路径拟合
8.根据权利要求1-7任一项所述的用于飞机装配自动涂胶的机器人路径生成方法，其特征在于，所述机器人路径生成方法适用于长桁、蒙皮搭接缝和窗框工况。
...【技术特征摘要】
1.一种用于飞机装配自动涂胶的机器人路径生成方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的用于飞机装配自动涂胶的机器人路径生成方法，其特征在于，所述涂覆的参考基准为待涂覆面本身、待涂覆面的边界、待涂覆面与其他面的交界处。
3.根据权利要求1所述的用于飞机装配自动涂胶的机器人路径生成方法，其特征在于，步骤s1中所述的预处理包括去除噪点和roi区域裁剪。
4.根据权利要求1所述的用于飞机装配自动涂胶的机器人路径生成方法，其特征在于，步骤s2中所述的基于时序的点云姿态计算，当进行在线涂覆时，直接利用线激光扫描获得的原始图像，进行基于时序...
【专利技术属性】
技术研发人员：王偲佳，曲星宇，吴楠，叶玉玲，刘宁，
申请(专利权)人：北京神工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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