[发明专利]一种基于实时点云的大型复杂构件表面打磨路径规划方法

权利要求书

1.一种基于实时点云的大型复杂构件表面打磨路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1移动底盘上安装有定位感知传感器，通过SLAM算法实时更新移动底盘与世界坐标系的变换，再通过手眼标定和工具坐标系标定建立机械臂基座、三维点云数据获取设备、打磨工具和移动底盘之间的坐标系变换，实现整套移动打磨系统和大型构件间的实时定位；

S2利用三维点云数据获取设备获取的点云数据计算与构件的距离，控制移动底盘到达构件前方合适加工位置处，此位置根据机械臂加工范围确定，到达位置后固定移动底盘不动；

S3三维点云数据获取设备采集当前工位的点云数据，通过点云预处理分离出构件点云，在构件点云上确定待打磨区域；

S4建立打磨工具与构件间的材料打磨去除模型；

S5基于材料打磨去除模型在待打磨构件点云上规划打磨路径并优化打磨路径间距；

S6估计每个打磨路径点处的内法向量，基于打磨路径点和对应的内法向量完成机械臂末端打磨工具轨迹规划，发送该轨迹给机械臂执行；

S7机械臂执行完当前工位的打磨动作后，解锁底盘，底盘自主移动到下一固定工位，重复步骤S3至S7以完成整体构件的打磨任务。

2.根据权利要求1所述的一种基于实时点云的大型复杂构件表面打磨路径规划方法，其特征在于，步骤S3包括以下步骤：

S31控制装载三维点云数据获取设备的机械臂运动至构件表面合适距离处采集点云数据；

S32剔除点云数据中由于灰尘和反光而产生的离群点；

S33分离出构件点云数据，去除无关的背景环境点云数据；

S34对获得的曲面点云进行连续光滑处理；

S35识别出未打磨区域，确定构件点云的待打磨区域。

3.根据权利要求1所述的一种基于实时点云的大型复杂构件表面打磨路径规划方法，其特征在于，步骤S5包括以下步骤：

S51计算待打磨构件点云的质心和最小外包围盒，通过质心沿垂直于最小外包围盒最大面的方向每隔45度构建平面，共构建4个平面，该4个平面与待打磨构件点云相交得4条交于一点的点云路径，分别计算这四条路径上的曲率方差，取方差最大的路径标记为首条打磨路径，定义首条打磨路径为第i条路径(i＝1)，并作为当前路径；

S52对当前路径进行均分获得路径点n，取当前路径起始点为参照点，通过参照点，以该点的切线方向为法向量构建一个截平面，该平面与待打磨构件点云相交得参照路径；

S53以参照点为起点，沿参照路径取距离为一定倍数打磨工具直径的坐标点作为迭代点；

S54分别以参照点和迭代点作为打磨工具中心点，根据材料去除模型计算两中心点周围的打磨深度分布；

S55计算参照点和迭代点连线上的深度值方差，若该方差满足工艺要求，则将该迭代点记录为候选迭代点，再将迭代点往参照点方向移动一定步长得新迭代点，重新计算参照点和新迭代点连线上的深度值方差，重复移动更新迭代点直至迭代点和参照点重合，此时可得多个满足工艺要求的候选迭代点，定义为候选迭代点集合i₁；

S56依次将当前路径上所有路径点作为参照点代入步骤S52，并执行S52-S56获得第i条打磨路径上候选迭代点集合{i₁,i₂…i_n}；

S57在第i条打磨路径上候选迭代点集合中，计算一条最短的路径，取该路径作为第i+1条打磨路径；

S58将第i+1,i+2…i+m条打磨路径作为当前路径执行S52-S58，直至待打磨区域被规划完成。