[发明专利]基于三维模型Morse分解的工业机器人加工轨迹自动规划方法

说明书

本发明涉及基于三维模型Morse分解的工业机器人加工轨迹自动规划方法，包括通过相机建立网络模型M；使每个顶点v在半径为r的领域内平滑；利用Morse函数f按照Morse Lemma计算网络模型M的关键点，并选出顶点集合S,并创建分割边界集合B及关键分割点集合P；依照分割边界集合B中的分割线段生成分割线集合L，根据分割线集合L生成子模型集合Ms；根据机器人加工任务是面向空间曲线还是空间曲面选择不同的机器人加工轨迹生成方法生成机器人轨迹。本发明使用了基于Morse理论的模型分割算法，取代了传统的基于几何特征模型分割算法，提升了分割算法的性能，并简化了轨迹规划步骤。

技术领域

本发明涉及机器人轨迹规划领域，具体的说是基于三维模型Morse分解的工业机器人加工轨迹自动规划方法。

背景技术

现有的机器人加工轨迹主要依赖人工示教或离线编程。在自动规划方面大部分方法需要根据待加工物体的三维数模进行加工轨迹的规划。绝大部分规划方法倾向将三维数模作为一个整体，但由于机器人加工轨迹范围有限，不同结构适用轨迹不同的问题，后续规划方法极为复杂且缺乏泛用性，导致最终此类规划方法整体表现较差。在上述方法的基础上，衍生出了先对原始数模分割再根据分割结果得到的子模型进行机器人轨迹规划的策略；

现有技术中模型分割环节涉及到手工选择算法阈值，因此鲁棒性较差，对数据噪音较为敏感，且存在分割不完全，分割线成锯齿状等问题；常规策略下分割遗留的问题将转移给机器人轨迹规划算法解决，这直接导致了机器人规划算法部分设计复杂，控制参数众多且不同子模型适用参数不同并最终导致方法整体泛用性及鲁棒性较差、调参困难的问题。

发明内容

现为了解决上述技术问题，本发明提出了基于三维模型Morse分解的工业机器人加工轨迹自动规划方法。本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：基于三维模型Morse分解的工业机器人加工轨迹自动规划方法，包括以下步骤：

第一步：在坐标系下重建待加工物体的网格模型M，并建立网格模型M中各个顶点v到其平均曲率H_V的Morse函数f，使得f(v)＝H_v；

第二步：使每个顶点v在半径为r的领域内进行平滑；

第三步：利用第二步更新获得的Morse函数f按照Morse Lemma计算网格模型M的关键点，并选出所有被标记为鞍型点的顶点集合S，利用顶点集合S创建分割边界集合B及关键分割点集合P；

第四步：依照顶点顺序连接分割边界集合B中的分割线段，通过相同顶点首尾连接生成网格模型M不同部位的分割线集合L＝{l₁,l₂...l_n}，根据分割线集合L通过区域生长法将网格模型M分割为若干个互不相交的子模型集合M_s＝{m₁,m₂...m_n}；

第五步：根据机器人加工任务是面向空间曲线还是面向空间曲面选择不同的机器人加工轨迹生成方法生成机器人轨迹。

所述第三步中利用顶点集合S创建分割边界方法如下：

第一步：若顶点集合S为空集，将执行下一步工作，若顶点集合S不为空集，从顶点集合S中取出一个顶点c；

第二步：将顶点c加入分割点集合P中，搜索网格模型M中与顶点c相连的顶点集合V_C，选择对应f值最小的点p；

第三步：若f(p)＜f(c)，则将顶点c与顶点p的连线加入分割边界B，将p加入分割点集合P，令c＝p，返回第二步，否则返回第一步。

所述第五步中的面向空间曲线轨迹生成方法如下：