一种根据三维可行路径生成三维管道的方法技术

本发明专利技术提供了一种根据三维可行路径生成三维管道的方法，包括步骤：（1）可行路径的离散化，得到一系列的路径单元；（2）管道的离散化，根据每个路径单元建立管道单元；（3）建立管道单元，根据路径上的离散点和路径单元，通过向量运算，得到一系列点集，生成三角片从而生成管道单元；（4）拼接不同管道口的管道，对各种管道口形状的管道进行拼接。本发明专利技术可生成管道光滑程度、管道口形状、管道半径和管道长度可调节的三维管道，具有设计生成的管道灵活、实现了三维空间中的不同管道口管道的无缝拼接、设计生成管道的算法高效易于实施等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于机器人路径规划领域，特别涉及一种根据机器人三维可行路径生成三维安全管道的方法。可应用于机器人路径规划、机器人虚拟夹具、虚拟现实特殊管道生成、计算机辅助设计多形状管道设计。
技术介绍
在计算机辅助设计CAD中，管道的生成一般是比较规则的管道，横截面边缘是可用方程表示的。AUTO CAD用的管道生成算法是Swe印Surf，该算法通过给定一条路径和横截面的表示方程可以自动生成一条管道，该管道的横截面积是固定的，而且整个管道的形状是一致的，这种方法在机器人路径规划中不能生成自适应的管道。在机器人估计规划领域中，需要生成的管道形状是不定的，而且不同管道之间需要拼接起来。当前的算法不能满足1)同一管道的横截面积大小不同。2)不同管道不能进行光滑拼接。3)管道不能用有限的单元进行表示并保存。在机器人路径规划中，特别需要进行碰撞检测的机器人系统中，需要自适应灵活的分段规划管道，并对管道进行光滑拼接，而且管道可以被有限单元表示，以方便进行碰撞检测。这就需要设计一种高效灵活的管道生成方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点与不足，提供一种灵活而且容易实施的根据机器人三维可行路径生成三维安全管道的方法。为达上述目的，本专利技术采用如下的技术方案一种根据机器人三维可行路径生成三维安全管道的方法，包括如下步骤SI、可行路径的离散化，得到一系列的路径单元；S2、管道的离散化，根据每个路径单元建立管道单元；S3、建立管道单元；S4、根据路径上的离散点和路径单元，通过向量运算，得到一系列点集，生成三角片从而生成管道单元；S5、对不同管道口形状的管道进行拼接。上述方法中，所述步骤SI包括利用离散的方法对路径进行拟合，得到一系列的路径单元和离散点，路径单元长度τ可以根据拟合的精确度进行定义。其中路径的形式是确定路径的起点和终点，路径形状可以动态调整。上述方法中，所述步骤S2包括根据可行路径中的路径单元进行管道离散化，在每个路径单元中建立一个管道单元，该管道单元以路径单元为轴，包围路径单元。上述方法中，所述步骤S3包括以下步骤S31、根据路径上的离散点、路径单元和管道半径，运用向量运算，得到管道横截面上的始点；S32、对始点绕路径单元旋转，得到管道横截面上的其他点，构造正多边形；S33、运用相邻两个管道横截面上的顶点生成三角片，构造成柱面，从而生成管道单元。上述方法中，所述步骤S4包括根据路径起点和终点，利用生成的管道单元即可构造管道。因为步骤S31中需要用到路径上的离散点和路径单元，而路径单元是通过当前离散点和下一离散点确定的，所以最后一个路径单元不被使用。上述方法中，所述步骤S5包括以下步骤所述步骤S5包括以下步骤S51、管道pipel拼接管道pipe2,首先根据管道pipel对应的路径的终点和管道pipe2对应的路径的起点，得到一条路径，运用步骤S4，生成管道pipe3 ;管道pipe3管道口的形状根据管道pipel和管道pipe2的管道口形状确定，管道pipe3管道口的边数为管道pipel和管道pipe2的管道口边数的最小公倍数；S52、根据管道pipel终点前一个离散点对应的管道横截面上的点集和管道pipe3起点对应的管道横截面上的点集，无缝连接管道pipel和管道pipe3 ；由步骤S51得知，管道pipe3起点对应的管道横截面上的点集个数是管道pipel终点前一个离散点对应的管道横截面上的点集个数的整数倍，设为time倍；重复利用time倍管道pipel对应的管道横截面上的点集，运用这些点，生成三角片，从而连接管道pipel和管道pipe3 ；S53、根据管道pipe3终点前一个离散点对应的管道横截面上的点集和管道pipe2起点对应的管道横截面上的点集，拼接管道pipe3和管道pipe2 ;由步骤S52得知，管道pipe3终点前一个离散点对应的管道横截面上的点集个数是管道pipe2起点对应的管道横截面上的点集个数的整数倍，设为time倍；重复利用time倍管道pipe2对应的管道横截面上的点集，运用这些点，生成三角片，从而拼接管道pipe3和管道pipe2。本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及技术效果1、设计生成的管道灵活，可以调节管道的光滑程度、管道口的形状、管道的半径和管道的长度。2、实现了复杂的三维空间中的不同管道口形状管道的拼接，符合机器人路径规划中开放环境下根据复杂三维路径生成三维安全管道的需求。3、设计生成管道的算法高效易实施。附图说明图I是可行路径离散化图；图2是管道离散化图；图3是生成管道横截面始点图；图4是管道横截面相邻点夹角图；图5是管道横截面上多边形顶点生成图；图6是生成管道单元顶点编号图；图7是管道单元生成效果图；图8是利用管道单元生成管道图9是管道多 元拼接顶点编号图；图10是拼接效果图(未贴三角片)。具体实施例方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。本根据三维可行路径生成三维管道的方法，包括如下步骤SI、可行路径的离散化；S2、管道的离散化；S3、建立管道单元；S4、生成管道；S5、多元拼接。所述步骤SI包括以下步骤S11、如图I所示，利用离散的方法对路径进行拟合，得到一系列的路径单元和离散点，路径单元长度T可以根据拟合的精确度进行定义。其中路径的形式是确定路径的起点和终点，路径形状可调整。所述步骤S2包括以下步骤S21、如图2所示，根据可行路径中的路径单元进行管道离散化，在每个路径单元中建立一个管道单元，该管道单元以路径单元为轴，包围路径单元。所述步骤S3包括以下步骤S31、根据路径上的离散点、路径单元和管道半径，运用向量运算，得到管道横截面上的始点。如图3所示,原点到路径单元起点P的向量为@，当前路径单元的向量为Z，利用向量兩和向量Z的差乘，得到与向量兩和向量Z都垂直的向量0 Q = OP*!对向量g单位化得到，管道横截面上的始点S的确定为从点P出发,沿着的方向取r长度S = P + n^*rS32、对始点绕路径单元旋转，得到管道横截面上的其他点，构造正多边形。多边形的构造在于多边形顶点的确定，如图4所示，假设需要构造n边形，那么两相邻顶点所对应的半径夹角为0 = 2* /n当确定了始点与中心轴后，第二个点的确定可以通过对始点绕中心轴旋转e角度后得到。下面给出绕任意轴单位方向旋转的变换矩阵。给定任意单位轴q(ql,q2,q3)(向量),求向量p(x,y,z)(或点p)绕q旋转theta角度的变换后的新向量P'(或点P'):构造旋转矩阵变换T，则变换后的新向量p'(或点 P')为 P1 = P*T。其中，p' (X' , y' , Z1，I)、p(x, y, z, I)为向量p'、卩的40齐次坐标表示，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种根据三维可行路径生成三维管道的方法，其特征在于，包括如下步骤 51、可行路径的离散化，得到一系列的路径单元； 52、管道的离散化，根据每个路径单元建立管道单元； 53、建立管道单元； 54、根据路径上的离散点和路径单元，通过向量运算，得到一系列点集，生成三角片从而生成管道单元； 55、对不同管道口形状的管道进行拼接。2.根据权利要求I所述的根据三维可行路径生成三维管道的方法，其特征在于，所述步骤SI包括利用离散的方法对路径进行拟合，得到一系列的路径单元和离散点，路径单元长度T根据拟合的精确度进行设定，其中路径的形式是确定路径的起点和终点，路径形状能动态调整。3.根据权利要求I所述的根据三维可行路径生成三维管道的方法，其特征在于，所述步骤S2包括根据可行路径中的路径单元进行管道离散化，在每个路径单元中建立一个管道单元，该管道单元以路径单元为轴，包围路径单元。4.根据权利要求I所述的根据三维可行路径生成三维管道的方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下步骤 531、根据路径上的离散点、路径单元和管道半径，运用向量运算，得到管道横截面上的始点； 532、对始点绕路径单元旋转，得到管道横截面上的其他点，构造正多边形； 533、运用相邻两个管道横截面上的顶点生成三角片，构造成柱面，从而生成管道单元。5.根据权利要求4所述的根据三维可行路径生成三维管道的方法，其特征在于，步骤S31中，原点到路径单元起点P的向量为兩，当前路径单元的向量为Z ,利用向量兩和向量Z的差乘，得到与向量兩和向量艺都垂直的向量g Q = OP*! 对向量g单位化得到^，管道横截面上的始点S的确定为从点P出发，沿着^的方向取r长度X =尸 + e * r。6.根据权利要求4所述的根据三维可行路径生成三维管道的方法，其特征在于，步骤S32中多边形的构造在于多边形顶点的确定，假设需要构造n边形，那么两相邻顶点所对应的半径夹角为 0 = 2* /n 当确定了始点与中心轴后，第二个点的确定通过对始点绕中心轴旋转e角度后得到； 设任意轴的始点为Q(Q1，Q2，Q3)，方向为q(ql，q2，q3)，则绕任意轴旋转是先把需要旋转的点P...

【专利技术属性】
技术研发人员：张平，杜广龙，朱张斌，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：