[发明专利]一种基于局部点云曲线拟合的机器人加工路径规划方法

权利要求书

1.一种基于局部点云曲线拟合的机器人加工路径规划方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：通过激光扫描仪获取原始点云数据，通过标定视觉设备，对原始点云数据进行标定矩阵旋转平移处理，确保点云相对机器人位置的精度；

步骤2：通过人机交互模块输入的截平面信息，确定选定的点云数据集；

步骤3：对选定的点云数据进行子区域划分；

步骤4：通过主成分分析法提取各个子区域的法向量并计算得到法平面，再基于各子区域的法平面，对各子区域点云进行降维处理；

步骤5：利用主成分分析法计算每个子区域的二维点云数据的线性特点，满足线性特点的区域点云进行直线拟合，否则就是进行曲线拟合；

步骤6：计算各子区域拟合的曲线与截平面的交点，得到控制点位置，通过获得的控制点信息，利用B样条曲线逼近，拟合出路径截面曲线；

步骤7：基于路径截面曲线，进行步长计算，并提取到路径点的位置信息，再结合路径点的邻域信息，提取到路径点框架；

步骤8:基于路径点框架，通过逆运动学，进行机器人轴配置信息计算，结合加工工艺参数，即获得完整规划路径；

步骤2中，所述截平面信息包括截平面的平面方程，加工路径的判定向量方向，点云截取区域宽度Ω；截平面确定的方法如下：

通过人机交互界面在点云数据中选取两个目标点P₁与P₂，两点确定直线L，L为截平面旋转轴，在给定旋转角下，即确定截平面信息；直线L的方向向量作为加工路径方向的参考向量L_X；点云截取宽度的方向为截平面的法向向量方向；

确定截平面后建立截平面坐标系O_jie，X轴方向由L_X确认，Y轴方向由截平面法线方向向量L_Y确认，坐标系Z轴方向由左手定则确定，即

通过点云截取区域宽度确定截平面两侧的边界截面Plane1和Plane2；边界截面Plane1、Plane2、起始边界以及终止边界所包含区域内的点云为所截取点云集S_jie；

步骤3中，子区域划分方法如下：

步骤3.1、沿着X轴方向将选定的点云数据均匀划分为若干个子区域，相邻子区域之间点云的重复度为40-60％；完成初步子区域划分；

步骤3.2、对边界区域的子区域进行斜边判定，符合斜边条件的边界区域则舍去，当边界两端的子区域点云都不符合斜边条件时，完成子区域划分，此时所有子区域集合为所选取的点云数据集；s斜边判定方法如下：

计算各子区域点云的质心、以及点云在截平面两边分布的情况，当子区域内大部分点云集中在截平面一侧并且质心与截平面距离大于阈值时，该边界区域就被认定为斜边，舍弃该子区域；

步骤4中，降维处理是将子区域点云投影到该子区域的法平面上，其法平面计算：基于PCA的特性，估算第i个子区域的点云法线方向基于截平面法特点，要保证子区域的投影平面都垂直于截平面，故该法平面的法线向量法平面的位置由子区域的质心确定。

2.根据权利要求1所述基于局部点云曲线拟合的机器人加工路径规划方法，其特征在于：步骤1中，对原始点云数据标定后进行预处理，所述预处理为采用滤波去噪处理，剔除噪声点和离群点。

3.根据权利要求1所述基于局部点云曲线拟合的机器人加工路径规划方法，其特征在于：步骤5中，线性特点判断方法如下：

采取二维的PCA分析，将计算出每个子区域的最大特征值与最小特征值进行比较，当两者比值大于阈值时，则判断为线性。

4.根据权利要求1所述基于局部点云曲线拟合的机器人加工路径规划方法，其特征在于：步骤6中，拟合前对于与相邻控制点连线夹角小于150°的控制点进行剔除，截面路径曲线拟合采用采用B样条准均匀逼近拟合。