[發(fā)明專利]面向混凝土3D打印的空間路徑擬合方法及系統(tǒng)有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 202210057516.4 | 申請日： | 2022-01-19 |
| 公開（公告）號： | CN114075810B | 公開（公告）日： | 2022-04-29 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 姚曉飛;柏松林;田果;劉聲均;吳慶;王伯林;劉世龍 | 申請（專利權(quán)）人： | 中交第一公路勘察設(shè)計研究院有限公司 |
| 主分類號： | E01D21/00 | 分類號： | E01D21/00;E01D2/04;E01D4/00;B33Y50/00;G06F17/10;E01D101/24 |
| 代理公司： | 西安唐知知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61284 | 代理人： | 奇敏;馬睿 |
| 地址： | 710065 陜西省*** | 國省代碼： | 陜西;61 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 面向 混凝土 打印 空間 路徑 擬合 方法 系統(tǒng) | ||
1.面向混凝土3D打印的空間路徑擬合方法，其特征在于：
所述方法包括：
建立打印模型, 以打印機器人底座為原點建立世界坐標系；
對打印模型進行切片分層，得到多層切片模型，獲得各層切片模型的模型路徑點序；
提取各層切片模型的法向量Z，基于模型路徑點序構(gòu)建相鄰兩點的點間矢量，求解法向量Z和點間矢量所構(gòu)建平面的法向量Y；以模型路徑點序為原點，構(gòu)建包含法向量Y和點間矢量的基平面P；
根據(jù)機器人工具端坐標確定歐拉旋轉(zhuǎn)矩陣T，通過歐拉旋轉(zhuǎn)矩陣T對基平面P進行坐標變換，得到機器人工具端坐標系下的空間路徑點序；
基于空間路徑點序的坐標信息控制打印頭姿態(tài)；
對打印模型進行切片分層，得到多層切片模型，獲得各層切片模型的模型路徑點序包括：
選擇切片模型的基準線；
將基準線以固定長度進行等分，分別在等分點處建立切片平面；
基于切片平面對打印模型進行切分，因為拱圈左右高度不同，獲得非等層厚的分層，得到打印模型的空間路徑；
提取空間路徑的關(guān)鍵點序，獲得各層切片模型的模型路徑點序P1,P2，…,Pn，n≥3；
根據(jù)機器人工具端坐標確定歐拉旋轉(zhuǎn)矩陣T，通過歐拉旋轉(zhuǎn)矩陣T對基平面P進行坐標變換，得到機器人工具端坐標系下的空間路徑點序包括：
建立機器人工具端坐標系,設(shè)定（x,y,z,A,B,C）為機器人工具端坐標，得到歐拉旋轉(zhuǎn)矩陣T，建立方程1：
對歐拉旋轉(zhuǎn)矩陣T 進行齊次轉(zhuǎn)換，得到矩陣T’，其中α、β、γ為旋轉(zhuǎn)角度；
對基平面P進行齊次矩陣化，得到矩陣M，矩陣M和矩陣T’相乘得到旋轉(zhuǎn)矩陣R，通過方程
判斷旋轉(zhuǎn)矩陣R是否成立：
成立則建立方程2
；
不成立則建立方程3
；
解算方程求得A,B,C ；
機器人具有六自由度機械臂，外加軌道外部軸E1，共七個自由度；根據(jù)打印需求判斷是否啟用軌道外部軸E1，當不啟用軌道外部軸E1時，則按照（x,y,z,A,B,C）的格式存入機器人工具端坐標系下的空間路徑點序中；當啟用軌道外部軸E1時，調(diào)用在世界坐標系下模型路徑點序的y值，作為軌道外部軸E1的位置狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：
提取各層切片模型的法向量Z，基于模型路徑點序構(gòu)建相鄰兩點的點間矢量，求解法向量Z和點間矢量所構(gòu)建平面的法向量Y；以模型路徑點序為原點，構(gòu)建包含法向量Y和點間矢量的基平面P包括：
提取各層切片模型的法向量Z；
基于各層切片模型的模型路徑點序，求解相鄰兩點Pn-1 (xn-1,yn-1,zn-1) 和Pn (xn,yn,zn) 的點間矢量Pn-1Pn；
求解法向量Z和點間矢量Pn-1Pn所構(gòu)建平面的法向量Y；
以模型路徑點序為原點，構(gòu)建包含法向量Y和點間矢量Pn-1Pn的基平面P。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于：
所述基于空間路徑點序的坐標信息控制打印頭姿態(tài)包括：
將空間路徑點序編譯為G代碼，讀取G代碼，根據(jù)G代碼的坐標信息，控制機器人打印頭姿態(tài)。
4.面向混凝土3D打印的空間路徑擬合系統(tǒng)，其特征在于：
所述系統(tǒng)用于完成權(quán)利要求1-3任一項所述的方法，包括：
模型建立模塊，用于建立打印模型, 以打印機器人底座為原點建立世界坐標系；
切片分層模塊，用于對打印模型進行切片分層，得到多層切片模型，獲得各層切片模型的模型路徑點序；
基平面構(gòu)建模塊，用于提取各層切片模型的法向量Z，基于模型路徑點序構(gòu)建相鄰兩點的點間矢量，求解法向量Z和點間矢量所構(gòu)建平面的法向量Y；以模型路徑點序為原點，構(gòu)建包含法向量Y和點間矢量的基平面P；
坐標變換模塊，用于根據(jù)機器人工具端坐標確定歐拉旋轉(zhuǎn)矩陣T，通過歐拉旋轉(zhuǎn)矩陣T對基平面P進行坐標變換，得到機器人工具端坐標系下的空間路徑點序；
姿態(tài)控制模塊，用于基于空間路徑點序的坐標信息控制打印頭姿態(tài)。
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