[發明專利]一種基于實時點云的大型復雜構件表面打磨路徑規劃方法

有效

• 申請號: 202111384297.2
• 申請日: 2021-11-18
• 公開（公告）號: CN114055255B
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發明（設計）人: 陳明松;蔡金亮;藺永誠;王冠強;曾維棟;張馳洲;彭誠旭;鄒奮揚;李凱
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: B24B1/00
• 分類號: B24B1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于實時點云的大型復雜構件表面打磨路徑規劃方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1移動底盤上安裝有定位感知傳感器，通過SLAM算法實時更新移動底盤與世界坐標系的變換，再通過手眼標定和工具坐標系標定建立機械臂基座、三維點云數據獲取設備、打磨工具和移動底盤之間的坐標系變換，實現整套移動打磨系統和大型構件間的實時定位；

S2利用三維點云數據獲取設備獲取的點云數據計算與構件的距離，控制移動底盤到達構件前方合適加工位置處，此位置根據機械臂加工范圍確定，到達位置后固定移動底盤不動；

S3三維點云數據獲取設備采集當前工位的點云數據，通過點云預處理分離出構件點云，在構件點云上確定待打磨區域；

S4建立打磨工具與構件間的材料打磨去除模型；

S5基于材料打磨去除模型在待打磨構件點云上規劃打磨路徑并優化打磨路徑間距；

S6估計每個打磨路徑點處的內法向量，基于打磨路徑點和對應的內法向量完成機械臂末端打磨工具軌跡規劃，發送該軌跡給機械臂執行；

S7機械臂執行完當前工位的打磨動作后，解鎖底盤，底盤自主移動到下一固定工位，重復步驟S3至S7以完成整體構件的打磨任務。

2.根據權利要求1所述的一種基于實時點云的大型復雜構件表面打磨路徑規劃方法，其特征在于，步驟S3包括以下步驟：

S31控制裝載三維點云數據獲取設備的機械臂運動至構件表面合適距離處采集點云數據；

S32剔除點云數據中由于灰塵和反光而產生的離群點；

S33分離出構件點云數據，去除無關的背景環境點云數據；

S34對獲得的曲面點云進行連續光滑處理；

S35識別出未打磨區域，確定構件點云的待打磨區域。

3.根據權利要求1所述的一種基于實時點云的大型復雜構件表面打磨路徑規劃方法，其特征在于，步驟S5包括以下步驟：

S51計算待打磨構件點云的質心和最小外包圍盒，通過質心沿垂直于最小外包圍盒最大面的方向每隔45度構建平面，共構建4個平面，該4個平面與待打磨構件點云相交得4條交于一點的點云路徑，分別計算這四條路徑上的曲率方差，取方差最大的路徑標記為首條打磨路徑，定義首條打磨路徑為第i條路徑(i＝1)，并作為當前路徑；

S52對當前路徑進行均分獲得路徑點n，取當前路徑起始點為參照點，通過參照點，以該點的切線方向為法向量構建一個截平面，該平面與待打磨構件點云相交得參照路徑；

S53以參照點為起點，沿參照路徑取距離為一定倍數打磨工具直徑的坐標點作為迭代點；

S54分別以參照點和迭代點作為打磨工具中心點，根據材料去除模型計算兩中心點周圍的打磨深度分布；

S55計算參照點和迭代點連線上的深度值方差，若該方差滿足工藝要求，則將該迭代點記錄為候選迭代點，再將迭代點往參照點方向移動一定步長得新迭代點，重新計算參照點和新迭代點連線上的深度值方差，重復移動更新迭代點直至迭代點和參照點重合，此時可得多個滿足工藝要求的候選迭代點，定義為候選迭代點集合i₁；

S56依次將當前路徑上所有路徑點作為參照點代入步驟S52，并執行S52-S56獲得第i條打磨路徑上候選迭代點集合{i₁,i₂…i_n}；

S57在第i條打磨路徑上候選迭代點集合中，計算一條最短的路徑，取該路徑作為第i+1條打磨路徑；

S58將第i+1,i+2…i+m條打磨路徑作為當前路徑執行S52-S58，直至待打磨區域被規劃完成。