[实用新型]一种面向复杂曲面加工的轨迹生成系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及曲面轨迹生成以及工业机器人运动控制系统研究领域，尤其涉及一种面向复杂曲面加工的轨迹生成系统。 

背景技术

通常，一台工业机器人的运动控制系统由数据处理和轨迹插补两大功能模块构成。由于轨迹插补模块的数据来源于数据处理模块，所以数据处理的结果关系到复杂曲面加工的好坏。传统的机器人运动控制系统利用基于STL（Stereo Lithography）模型的分层切片算法进行数据处理。传统的分层切片算法有基于几何拓扑信息提取的分层切片算法、基于几何特征分类的分层切片算法、基于STL模型集合连续性的分层切片算法等。传统方法存在以下问题：在计算每一层轮廓时，都要提取STL模型的整体拓扑信息，遍历所有的面片，由于其中绝大多数的三角面片均与切平面不相交，因此此类方法不但运算量大，而且查找效率非常低。除此以外，传统的分层切片算法得到的轮廓线都是封闭的曲线，并没有考虑到实体模型中存在空洞等情况，当得到复杂曲面的加工路径轨迹后，必定造成加工空行程从而减低加工效率。 

目前的工业机器人一般采用工业级计算机IPC+DSP的串行计算架构，其中PC完成人机交互的功能，DSP用来处理运动控制器的计算量和一些高速I/O信号，如发生PWM信号和反馈控制。数据处理中的分层切片算法需要处理许多的三角面片使得计算量很大，在通常的PC+DSP的架构中，当所要加工的复杂曲面要求高时，数据处理所需的时间会变长，以至于在较短的采样时间内，很难完成插补和伺服控制的计算。目前实际的解决办法大多是采取多片DSP的系统架构，这无疑增加系统成本，该种硬件架构设计难度也大。 

为此，研究一种运算量少、计算时间短、计算效率高并且能在所加工零件存在空洞的情况下快速生成复杂曲面的加工路径轨迹的方法和装置具有极高的研究价值。 

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种面向复杂曲面加工的轨迹生成系统。该系统基于PC-BASE系统架构，具有计算效率高、成本低、硬件架构设计难度较低的优点。 

本实用新型中的面向复杂曲面加工的轨迹生成系统可采用以下的轨迹生成方法：一种面向复杂曲面加工的轨迹生成方法，包括以下步骤： 

（1）根据待加工零件CAD/CAM图形特征，选择所要加工的复杂曲面并生成STL文件； 

（2）确定分层方向和分层厚度； 

（3）根据STL模型里的三角面片在分层方向上的跨度进行分组； 

（4）根据三角面片每条边与多个切平面相切，推导出三角面片的每一条边上与切平面的交点之间的增量公式，通过增量法求取交点； 

（5）利用三角面片的连续性，找出每个切片交点集合中在垂直于分层方向上的坐标最小值点，然后进行搜索，如果找到同一个三角面片的另外一个交点则连接，如此下去，直到得到每个切平面的轮廓；最终得到复杂曲面的加工路径轨迹。 

具体的，所述步骤（3）中，对三角面片进行分组的具体步骤是： 

设STL模型三角面片在分层方向上的最大和最小坐标值分别为Z_max和Z_min，分层厚度为ΔZ，把模型中所有三角面片分层n组并标上序号，其中， 

n=Zmax-ZminΔZ;]]>

假设第一个切片的高度为Z[1]；某个三角面片在分层方向上的最大和最小坐标值分别为Z_ax和Z_in；则与这个三角面片的切平面序号介于i和j之间，如下所示： 

i=(Z_in-Z[1])/ΔZ； 

j=(Z_ax-Z[1])/ΔZ； 

而对于Z_in=Z_ax的三角面片，即与切平面平行的三角面片，则舍弃，从而根据三角面片所属的切平面确定每一个每一组三角面片的个数。 

具体的，所述步骤（4）中，通过增量法求取交点的具体步骤是：