[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

本發明公開了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，該方法包括：移動底盤自主識別并移動到加工工位；在當前工位采集點云，剔除環境噪聲和背景點云，提取出待打磨構件點云；建立材料打磨去除模型，計算出接觸面上的打磨深度分布函數；沿曲率變化較大的方向截取第一條打磨路徑，再依次計算下一條打磨路徑各點的候選迭代點，從中取最短的路徑作為下一條打磨路徑；根據路徑點云生成機器人末端工具運動軌跡，發送給打磨工具控制系統執行；移動底盤自主識別并移動到下一工位，從而完成構件整體打磨任務。本發明消除了現有技術的點云重建累積誤差和軌跡重定位誤差，顯著提高了打磨的自主性和打磨效果的均勻性。

技術領域

本發明涉及工業機器人加工領域，具體涉及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。

背景技術

大型復雜曲面構件在航空航天、能源和交通領域有著重要應用，如大型蝸輪葉片、飛機外殼、風電葉片、高鐵車身等，這些大型曲面都對表面曲率和打磨質量有著較高要求，但其外形龐大、曲面復雜、裝夾變形等問題給表面打磨帶來了嚴峻挑戰。

機器人由于其靈活度高、自主性強、環境適應性強等特點被廣泛應用于構件表面打磨領域，但現有的加工策略和軌跡規劃方法都難以滿足大型復雜曲面打磨要求。

中國發明專利CN108445834A介紹了一種針對大型復雜構件的機器人加工軌跡離線規劃方法，其利用構件CAD模型，一次完成整體表面的機器人加工軌跡規劃，一方面沒有考慮大型構件實際裝夾變形誤差，另一方面沒有考慮機器人實際執行時如何確定所規劃軌跡在構件表面的位置，其可實現性差，人工干預大，加工效率低。

中國發明專利CN110039538B提出了一種基于點云重建的大型復雜構件加工軌跡規劃方法，其利用采集的點云數據重建構件三維模型，再沿重建模型表面用切片法獲取加工軌跡。該方法只用平行的切平面截取軌跡，并未考慮曲面的曲率和加工軌跡間距等對加工質量有直接影響的因素，其加工質量無法保證。此外，中國發明專利CN108445834A及CN110039538B均只涉及大型復雜構件加工軌跡規劃方法，并未對其在打磨場景下應用方法進行介紹。

中國發明專利CN111055293A介紹了一種基于曲面自適應的工業機器人高精度恒力打磨方法，該方法采集工件點云信息構建STL模型，用等間距的特征線投影到模型表面從而規劃出打磨軌跡，但其特征線是固定間距，沒有考慮由于曲面曲率變化導致的相鄰打磨軌跡間距動態變化的情況，且固定間距無法適應工件和打磨工具變換的情況，同時該方法只適用于小型工件，其并未針對大型構件打磨提出方案。

因此，為實現大型復雜構件的高效和高質量打磨，急需發明一種能夠自主完成高精度打磨的方法，利用該方法既能消除傳統點云拼接方法的累積誤差，又能優化打磨軌跡從而提高打磨效果。

發明內容

為了克服已有的技術缺陷，本發明提出了一種基于實時點云的大型構件表面自主打磨路徑規劃方法，其所需點云采集設備價格低廉，自主性高，場景適應性強，且消除了重復定位打磨軌跡產生的誤差，大大提高了打磨效率與質量。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

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；