[发明专利]一种基于测量精度的曲面扫描轨迹生成与优化方法

权利要求书

1.一种基于测量精度的曲面扫描轨迹生成与优化方法，其特征是它包括以下步骤：

首先，建立轨迹优化问题的数学模型；该轨迹优化问题数学模型是以激光扫描仪测量误差中系统误差为评估函数，该评估函数在给定机器人末端位姿参数下，能够计算出对应系统误差的数值，并将测量设备约束量化为惩罚函数；在轨迹优化的过程中，分别计算评估函数和惩罚函数，获得满足测量设备约束且测量系统误差最小的扫描轨迹；

其次，生成机器人系统曲面扫描初始轨迹；

最后，根据轨迹优化问题数学模型求解最优扫描轨迹；

所述的轨迹优化问题数学模型建立方法为：

通过对激光扫描仪系统误差建立评估函数：

E＝k₁(d₀-d)·(ψ-ψ₀)+E₀+k₂|φ|

其中E为评估值，[d ψ φ]表示激光扫描仪位姿参数扫描深度、面外角和面内角，取决于给定的机器人末端位姿参数[x y z α β γ]，d₀、ψ₀为模型常数，E₀为误差常数，k₁、k₂为函数系数；

将激光扫描仪测量约束量化为惩罚函数，激光扫描仪测量约束包括接收镜约束、有效扫描宽度约束、面外角约束和面内角约束，惩罚函数为：

其中ε_i表示接受角，l_i表示有效扫描宽度，l_min为有效扫描宽度下限，φ_min、φ_max为面内角上下限，惩罚函数中各变量的值由机器人末端位姿参数[x y z α β γ]计算获得；

所述的初始扫描轨迹生成方法为：

首先，生成扫描路径，在CATIA中打开待测理论数模，使用行切法将待测曲面切割，在曲面上生成扫描路径，行切宽度w根据激光扫描仪扫描宽度和待测曲面曲率确定；

其次，离散路径，将扫描路径等弧长生成离散点，由于扫描轨迹由一系列机器人末端姿态组成，离散路径有利于简化后续计算步骤；接着，生成法向点，在路径上生成n个离散点处曲面的法向，在法向上固定距离d₁处生成法向点，获取机器人扫描时末端法向；

最后，计算轨迹参数，根据离散点和法向点建立机器人末端坐标系；

所述的机器人末端坐标系建立方法为：{PT_i}(i∈[1,n])表示路径上的n个离散点，{PT_i}(i∈[n+1,2n])表示与离散点一一对应的n个法向点，以PT₁点处坐标系建立为：

(1)坐标系原点为PT₁点；

(2)Z轴为控制点处曲面法向，即：

(3)X轴为垂直于Z轴和即：

(4)Y轴可以已获得的Z轴和X轴叉乘获得，即：

按照上述步骤(2)-(4)建立PT₂至PT_n点处坐标系，直到所有坐标系建立完成，共建立n个坐标系，根据坐标系可以得到机器人末端位姿参数。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的测量误差是指测量数据中的系统误差，测量数据中包含系统误差和随机误差，系统误差占主要地位，相对于扫描姿态呈现规律分布，通过实验建立系统误差预测模型。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的曲面扫描初始轨迹以一系列机器人末端位姿参数表示。