[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

说明书

本发明公开了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，该方法包括：移动底盘自主识别并移动到加工工位；在当前工位采集点云，剔除环境噪声和背景点云，提取出待打磨构件点云；建立材料打磨去除模型，计算出接触面上的打磨深度分布函数；沿曲率变化较大的方向截取第一条打磨路径，再依次计算下一条打磨路径各点的候选迭代点，从中取最短的路径作为下一条打磨路径；根据路径点云生成机器人末端工具运动轨迹，发送给打磨工具控制系统执行；移动底盘自主识别并移动到下一工位，从而完成构件整体打磨任务。本发明消除了现有技术的点云重建累积误差和轨迹重定位误差，显著提高了打磨的自主性和打磨效果的均匀性。

技术领域

本发明涉及工业机器人加工领域，具体涉及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。

背景技术

大型复杂曲面构件在航空航天、能源和交通领域有着重要应用，如大型蜗轮叶片、飞机外壳、风电叶片、高铁车身等，这些大型曲面都对表面曲率和打磨质量有着较高要求，但其外形庞大、曲面复杂、装夹变形等问题给表面打磨带来了严峻挑战。

机器人由于其灵活度高、自主性强、环境适应性强等特点被广泛应用于构件表面打磨领域，但现有的加工策略和轨迹规划方法都难以满足大型复杂曲面打磨要求。

中国发明专利CN108445834A介绍了一种针对大型复杂构件的机器人加工轨迹离线规划方法，其利用构件CAD模型，一次完成整体表面的机器人加工轨迹规划，一方面没有考虑大型构件实际装夹变形误差，另一方面没有考虑机器人实际执行时如何确定所规划轨迹在构件表面的位置，其可实现性差，人工干预大，加工效率低。

中国发明专利CN110039538B提出了一种基于点云重建的大型复杂构件加工轨迹规划方法，其利用采集的点云数据重建构件三维模型，再沿重建模型表面用切片法获取加工轨迹。该方法只用平行的切平面截取轨迹，并未考虑曲面的曲率和加工轨迹间距等对加工质量有直接影响的因素，其加工质量无法保证。此外，中国发明专利CN108445834A及CN110039538B均只涉及大型复杂构件加工轨迹规划方法，并未对其在打磨场景下应用方法进行介绍。

中国发明专利CN111055293A介绍了一种基于曲面自适应的工业机器人高精度恒力打磨方法，该方法采集工件点云信息构建STL模型，用等间距的特征线投影到模型表面从而规划出打磨轨迹，但其特征线是固定间距，没有考虑由于曲面曲率变化导致的相邻打磨轨迹间距动态变化的情况，且固定间距无法适应工件和打磨工具变换的情况，同时该方法只适用于小型工件，其并未针对大型构件打磨提出方案。

因此，为实现大型复杂构件的高效和高质量打磨，急需发明一种能够自主完成高精度打磨的方法，利用该方法既能消除传统点云拼接方法的累积误差，又能优化打磨轨迹从而提高打磨效果。

发明内容

为了克服已有的技术缺陷，本发明提出了一种基于实时点云的大型构件表面自主打磨路径规划方法，其所需点云采集设备价格低廉，自主性高，场景适应性强，且消除了重复定位打磨轨迹产生的误差，大大提高了打磨效率与质量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

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；