[發明專利]一種曲面恒力打磨機器人的路徑規劃及控制方法

在審

• 申請號: 202211457659.0
• 申請日: 2022-11-21
• 公開（公告）號: CN115686027A
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 顧大衛;張雄偉;潘柏松;姚黎;施羅杰;李一帆;朱兵斌
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 杭州浙科專利事務所(普通合伙) 33213
• 代理人: 湯明

本發明公開了一種曲面恒力打磨機器人的路徑規劃及控制方法，包括如下步驟：根據打磨曲面的曲率劃分不同區域，不同曲率采取不同直徑的砂輪；確定打磨機器人在曲面各點的位姿；確定機器人在各區域的運行軌跡；在每個位姿點，通過恒力控制使每個點打磨力基本相同；通過實際掃描模型與三維模型對比，確定明顯缺陷所在位置后，對缺陷位置打磨軌跡規劃；完成該曲率范圍的打磨區域后，更換末端打磨砂輪，打磨下一個曲率范圍的區域；最后在恒力控制下驅動打磨機器人完成整體曲面打磨。

技術領域

本發明涉及機械加工設備技術領域，具體涉及一種曲面恒力打磨機器人的路徑規劃及控制方法。

背景技術

大型曲面通常通過鑄造獲得，但鑄造獲得曲面表面質量較差，需要通過二次加工來提升表面質量，如打磨拋光等。當前大部分企業仍采用人工打磨，效率較低，打磨質量不穩定。隨著機器人技術的快速發展，機器人打磨技術得到了越來越廣泛的應用。因此，基于工業機器人，開展曲面打磨的路徑規劃和控制，來提升打磨效率和打磨質量是十分必要的。

發明內容

為了解決現有技術中存在的問題，本發明提供了軌跡規劃和控制流程合理的一種曲面恒力打磨機器人的路徑規劃及控制方法。

本發明的技術方案如下：

一種曲面恒力打磨機器人的路徑規劃及控制方法，包括以下步驟：

1）打磨區域劃分：通過曲率分析，根據曲率大小劃分打磨區域，每個打磨區域對應一個型號的打磨砂輪；

2）點云處理：通過對曲面的三維模型進行均勻采樣獲得點云數據，并進行降噪處理；

3）位姿計算：對獲得點云數據進行位姿計算，完善路徑點的位姿信息；

4）軌跡規劃：根據不同曲率區域選取的打磨砂輪，選取兩行路徑點之間的間距，相鄰路徑點的間隔為1mm，將同行的路徑點連接獲得該行的機器人運行軌跡；

5）點云對比：采用三維掃描儀對實際曲面進行掃描，并以實際與三維模型的點云之間的距離作為評判標準，判斷是否存在明顯缺陷，若存在對缺陷區域先進行處理，處理后再按照規劃的軌跡運行；

6）打磨恒力控制：機器人按照規劃的軌跡運行時，為保證材料去除相同要保證打磨法向力相同，再機器人末端添加力傳感器，并采用基于位置的阻抗控制，實時調節機器人運行位姿，實現沿曲面恒力打磨。

7）完成該曲率檔次的打磨區域后，更換末端打磨砂輪，打磨下一個曲率范圍的區域。

進一步的，所述打磨區域劃分步驟，具體包括以下步驟：

1.1）三維模型預處理，對曲面三維模型的待加工外表面進行提取；

1.2）曲率分析，對待加工外表面的曲率進行分析，按照曲率半徑大小劃分為大、中、小三個檔次；

1.3）區域劃分：根據劃分曲率半徑劃分檔次后，將相鄰的曲率屬于同一檔次的區域鏈接，連接規則按照先大后小的規律，將小曲率留到最后，與加工順序相同。

進一步的，所述點云處理步驟，具體如下：

2.1）對待加工曲面進行離散化；

2.2）對離散化的點云進行降噪處理；

2.3）對降噪后的點云均勻取點。

進一步的，所述位姿計算步驟，具體如下：

3.1）法向計算，采用坎尼算子計算位姿點的法向，以與機器人接觸方向為正；

3.2）X向計算，以沿加工方向上兩個相鄰點的連線作為X方向，以加工方向為正；

3.3）Y向計算，確定X向與Z向后，采用右手法則確定Y向。

進一步的，所述軌跡規劃步驟，具體如下：

4.1）間距確定，根據分區設定相鄰路徑的間距，即該分區采用的打磨砂輪直徑；同一路徑上，點云間隔設置為１mm；