[發明專利]基于費馬螺旋線的自由曲面球頭刀具路徑規劃方法和系統

有效

• 申請號: 201810853512.0
• 申請日: 2018-07-30
• 公開（公告）號: CN108803481B
• 公開（公告）日: 2019-10-29
• 發明（設計）人: 陳寶權;趙海森;張皓;辛士慶;鄧園旻;屠長河;王文平;丹尼爾·科恩·奧爾
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G05B19/19
• 分類號: G05B19/19
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 黃海麗

1.一種基于費馬螺旋線的自由曲面球頭刀具路徑規劃方法，其特征在于，包括以下步驟：

接收連通的自由曲面，計算距離標量場，所述距離標量場滿足均勻殘留高度約束；

提取所述距離標量場中的等值線，生成連通費馬螺旋線；

在最大殘留高度約束下，對生成的連通費馬螺旋線進行平滑處理；

所述計算距離標量場具體包括：

生成初始距離場；

根據初始距離場計算殘留高度相關的更新場；

將更新場作為非均質描述，重新計算距離場；

判斷重新計算的距離場與前一次計算的距離場之間的變化量是否滿足一定閾值，若不滿足，再次計算更新場和距離場；

所述計算殘留高度相關的更新場具體包括：

從初始距離場提取多個采樣點，對于每個采樣點，計算其梯度方向和方向曲率；

根據所述方向曲率、預設的殘留高度以及刀具參數，計算各采樣點處的刀具路徑間距，得到更新場；

所述計算各采樣點處的刀具路徑間距公式如下：

其中，h為輸入的最大殘留高度，R_cutter為球頭刀刀頭半徑，G(p，Π)為通過點p垂直于路徑Π的方向曲率，g(p，Π)為曲面采樣點p在最大殘留高度h約束下，通過刀具路徑Π的路徑間距；

所述將更新場作為非均質描述，重新計算距離場具體包括：

其中，A為描述三角面片面積的對角矩陣，A^-1L_c定義了拉普拉斯矩陣，L_c描述了三角網格點鄰接關系的對角矩陣，δ_γ為初始熱量分布，H融合了更新場信息，具體方法為對于L_c的每一項乘以網格邊頂點對應的路徑間距g(p，Π)的平均值；

所述提取所述距離標量場中的等值線，生成連通費馬螺旋線具體包括：

從殘留高度相關的距離場中抽取等值線；

采用斜線連接相鄰等值線生成連通費馬螺旋線；

所述對生成的連通費馬螺旋線進行平滑處理具體包括：

在連通自由曲面上進行均勻采樣；

基于連通費馬螺旋線各處的曲率動態選取路徑采樣點；

計算每個曲面采樣點到路徑采樣點距離，獲取距離小于該曲面采樣點處理想路徑間距的曲面采樣點，記為引力中心點；

采用拉普拉斯平滑法對路徑采樣點進行迭代更新；

所述拉普拉斯平滑法如下：

其中，T_Smooth描述當前點x_i與其前后相鄰點x_i-1和x_i+1的差異，T_Attraction描述引力中心點對路徑采樣點的吸引作用力；T_Repulsion描述相鄰路徑上的采樣點對路徑采樣點的排斥作用力；λ₁，λ₂，λ₃為各項權重，λ₁+λ₂+λ₃＝1.0。

2.一種基于費馬螺旋線的自由曲面球頭刀具路徑規劃系統，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，其特征在于，所述處理器執行所述程序時實現如權利要求1所述的路徑規劃方法。

3.一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，其特征在于，該程序被處理器執行時執行如權利要求1所述的基于費馬螺旋線的自由曲面球頭刀具路徑規劃方法。