[发明专利]一种基于大型复杂构件点云信息的机器人轨迹规划方法

权利要求书

1.一种基于大型复杂构件点云信息的机器人轨迹规划方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

(a)将待加工构件的点云模型进行逆向重构，以此获得所述待加工构件的STL格式的多面体形式的CAD模型，设定该CAD模型的主法矢方向、投影方向和加工该CAD模型机器人移动的前进方向；

其中，所述设定该CAD模型的主法矢方向、投影方向和加工该CAD模型机器人移动的前进方向按照下列步骤：

(a4)采用主成分分析法分析所述CAD模型，获得三个相互垂直的方向X、Y和Z，将该三个方向设置为初始的主法矢方向，投影方向和机器人移动的前进方向；

(a5)采用包容盒法计算所述CAD模型，获得三个相互垂直的方向x’、y’和z’，将x’、y’和z’方向中最接近所述X方向的设定为新的X方向，以此类推，设定新的Y和Z方向；

(a6)将所述新的X、Y和Z设定为最终的主法矢方向、投影方向和加工该CAD模型机器人移动的前进方向；

(b)采用多个平行的切平面沿所述前进方向对所述CAD模型进行切片，每个切平面与所述CAD模型外轮廓相交获得一条轨迹线，将每条轨迹线离散为多个离散点，将每个离散点投影在所述CAD模型上获得其对应的轨迹点，以及该轨迹点的三维坐标和其在CAD模型中相应的U和V值；

(c)利用每个所述轨迹点的U和V值求解该轨迹点的切矢量、副切矢量和主法矢量，由此获得每个轨迹点的六维信息，按照预设加工顺序储存每个轨迹点的六维信息，即获得所需的待加工构件的机器人加工轨迹。

2.如权利要求1所述的一种基于大型复杂构件点云信息的机器人轨迹规划方法，其特征在于，在步骤(a)中，所述将待加工构件的点云模型进行逆向重构具体包括下列步骤：

(a1)将待加工构件的点云模型转换成多面体模型，采用包容盒算法计算并获得所述多面体模型分别在坐标轴三个方向的最大值和最小值，根据该最大值和最小值设定多个平行的切平面与所述多面体模型相交，以此获得多条交线以及每条交线中包含的多条线段和端点；

(a2)对于每条交线，判断其是开环还是闭环：

当所述交线是开环时，对于每条交线中包含的多个端点，将每个端点按照预设的投影方向进行投影，将所有端点按照其在投影方向上的值的大小进行排序，

当所述交线是闭环时，对于每条交线中包含的多条线段，搜索每条线段相邻的线段，按照首尾相连的方式将所述多条线段进行连接，将连接后的线段上的端点按照线段连接的顺序进行相应的排序；

(a3)将每条交线对应的排序后的端点分别拟合为B样条曲线，以此获得多条样条曲线，将该多条样条曲线拟合为NURBS曲面，即获得所需的CAD模型。

3.如权利要求2所述的一种基于大型复杂构件点云信息的机器人轨迹规划方法，其特征在于，在步骤(a2)中，对于每条交线，判断其是开环还是闭环时，通过判断是否每个端点都存在于两条线段中，当每个端点均存在于两条线段中时，则为闭环，否则为开环。

4.如权利要求1所述的一种基于大型复杂构件点云信息的机器人轨迹规划方法，其特征在于，在步骤(c)中，所述利用每个所述轨迹点的U和V值求解该轨迹点的切矢量、副切矢量和主法矢量按照下列步骤：

(c1)根据每个轨迹点的U和V值计算该轨迹点对应的ΔV和ΔU；

(c2)分别计算所述ΔV和ΔU与所述机器人前进方向的夹角，夹角小的为切矢量，夹角大的为副法矢量；

(c3)利用所示切矢量和副法矢量叉乘计算获得主法矢量。

5.如权利要求1所述的一种基于大型复杂构件点云信息的机器人轨迹规划方法，其特征在于，在步骤(c)中，所述每个轨迹点的六维信息包括每个轨迹点的三维坐标和其对应的主法矢量，副法矢量和切矢量。

6.如权利要求1所述的一种基于大型复杂构件点云信息的机器人轨迹规划方法，其特征在于，在步骤(b)中，所述多个平行的切平面与所述主法矢方向和投影方向所在平面平行。