[发明专利]一种基于ROS平台的复杂工件轨迹规划仿真系统

权利要求书

1.一种基于ROS平台的复杂工件轨迹规划仿真系统，其特征在于，所述系统包括：模型描述模块、造型处理模块、运动规划模块、仿真模块及轨迹优化模块、程序生成模块、通讯模块以及数据库模块；其中，

模型描述模块，将导入的三维工件模型及三维机器人模型转换为URDF数据格式；

造型处理模块，基于网格算法对工件划分三角面片，并提取三角面片信息，三角面片信息包括：三角面片的顶点坐标及法向向量；

运动规划模块，基于选定区域的三角面片信息进行机器人运动轨迹的规划；

仿真模块，能图形化显示三维机器人及末端执行器基于规划轨迹的运动，并给出末端执行器的作业数据；

轨迹优化模块，基于三维机器人在仿真过程中的运动空间可达性分析及对工件与外围环境间的碰撞检测，通过人机交互界面对规划的轨迹进行优化；

程序生成模块，将优化后的机器人运动轨迹转变成程序语言；

通讯模块，用于程序生成模块与机器人控制器间通讯，将程序生成模块生成的程序语言发送至机器人控制器，基于机器人运动轨迹控制机器人运动；

所述运动规划模块包括：区域分割单元、区域融合单元、最小包围盒获取单元、规划行程生成单元、以及规划轨迹形成单元，其中，

区域分割单元，基于三角面片间的连续性对stl工件模型进行n次区域分割，分割成n个区域；

区域融合单元，将指定的相邻分割区域融合成一个规划区域；

最小包围盒获取单元，获取规划区域的最小包围盒，最小包围盒是指将规划区域完全包围的最小立方体；

规划行程生成单元，以最小包围盒的任一截面作为标定面，生成一组平行于标定面的平面簇，基于平面簇中各平面的排列顺序，依次获取每个平面与规划区域内三角网格的交点，并将交点依次连接，形成一条条规划行程，其中任意两平面间的距离为d，

规划轨迹形成单元，在每条规划行程两端的反向延长线上分别添加一轨迹点，将前一规划行程末端对应的轨迹点与后一规划行程起点对应的轨迹点进行直线连线，即形成为规划轨迹；

所述区域分割单元基于三角面片间的连续性对stl工件模型进行n次区域分割，分割过程具体如下：

将工件模型划分的所有三角面片设于集合R_s中，从集合R_s任选一个三角面片t₁，将位于三角面片t₁所在区域A₁的所有三角面片t_1r添加到集合T_s，将区域A₁中的所有三角面片t_1r从集合R_s中剔除；

从集合R_s任选第二个三角面片t₂，将三角面片t₂所在区域A₂的所有三角面片t_2r添加到集合T_s，将区域A₂中的所有三角面片t_2r从集合R_s中剔除；

以此类推，直至第n次区域分割模块从集合R_s任选第n个三角片面t_n，将位于第n个三角片面所在区域A_n的所有三角面片t_nr添加到集合T_s，集合R_s变为空集；

所述区域分割单元每次分割都需要获取三角面片t_m所在区域A_m的所有三角面片t_mr，获取方法具体如下：

从集合R_s中查找与三角面片t_mg0共边的子三角面片t_mg1，判断各个子三角面片t_mg1是否满足条件T₁和条件T₂，将满足条件T₁和条件T₂的子三角面片t_mg1′添加到集合T_s中，并将子三角面片t_mg1′从集合R_s中删除，其中，三角面片t_mg0即为三角面片t_m，且m∈[1，n]；

从集合R_s中查找与三角面片t_mg1′共边的子三角面片t_mg2，判断各个子三角面片t_mg2是否满足条件T₃和条件T₄，将满足条件T₃和条件T₄的子三角面片t_mg2′添加到集合T_s中，并将子三角面片t_mg2′从集合R_s中删除；

以此类推，直至三角面片t_mgi′共边的子三角面片t_mg(i+1)均不满足条件T_2i+1和/或条件T_2i+2，则t_mg1′、t_mg2′…t_mgi′的集合即组成三角面片t_m所在区域所有三角面片t_mr；其中，条件T_2i+1及条件T_2i+2分别表示如下：

条件T_2i+1：三角面片t_mgi与子三角面片t_mg(i+1)间的二面角γ₁小于阈值α；

条件T_2i+2：二面角γ₁与二面角γ₀的差值大于阈值β，其中，γ₀为三角面片t_mgi与父三角面片t_mg(i-1)间的二面角，其中，i为自然数，且三角面片t_mg0的父三角面片即为三角面片t_mg0。