[发明专利]一种根据三维可行路径生成三维管道的方法

说明书

技术领域

本发明属于机器人路径规划领域，特别涉及一种根据机器人三维可行路径生成三维安全管道的方法。可应用于机器人路径规划、机器人虚拟夹具、虚拟现实特殊管道生成、计算机辅助设计多形状管道设计。

背景技术

在计算机辅助设计CAD中，管道的生成一般是比较规则的管道，横截面边缘是可用方程表示的。

AUTO CAD用的管道生成算法是Sweep Surf，该算法通过给定一条路径和横截面的表示方程可以自动生成一条管道，该管道的横截面积是固定的，而且整个管道的形状是一致的，这种方法在机器人路径规划中不能生成自适应的管道。

在机器人估计规划领域中，需要生成的管道形状是不定的，而且不同管道之间需要拼接起来。当前的算法不能满足：1)同一管道的横截面积大小不同。2)不同管道不能进行光滑拼接。3)管道不能用有限的单元进行表示并保存。

在机器人路径规划中，特别需要进行碰撞检测的机器人系统中，需要自适应灵活的分段规划管道，并对管道进行光滑拼接，而且管道可以被有限单元表示，以方便进行碰撞检测。这就需要设计一种高效灵活的管道生成方法。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点与不足，提供一种灵活而且容易实施的根据机器人三维可行路径生成三维安全管道的方法。

为达上述目的，本发明采用如下的技术方案：一种根据机器人三维可行路径生成三维安全管道的方法，包括如下步骤：

S1、可行路径的离散化，得到一系列的路径单元；

S2、管道的离散化，根据每个路径单元建立管道单元；

S3、建立管道单元；

S4、根据路径上的离散点和路径单元，通过向量运算，得到一系列点集，生成三角片从而生成管道单元；

S5、对不同管道口形状的管道进行拼接。

上述方法中，所述步骤S1包括：利用离散的方法对路径进行拟合，得到一系列的路径单元和离散点，路径单元长度τ可以根据拟合的精确度进行定义。其中路径的形式是确定路径的起点和终点，路径形状可以动态调整。

上述方法中，所述步骤S2包括：根据可行路径中的路径单元进行管道离散化，在每个路径单元中建立一个管道单元，该管道单元以路径单元为轴，包围路径单元。

上述方法中，所述步骤S3包括以下步骤：

S31、根据路径上的离散点、路径单元和管道半径，运用向量运算，得到管道横截面上的始点；

S32、对始点绕路径单元旋转，得到管道横截面上的其他点，构造正多边形；

S33、运用相邻两个管道横截面上的顶点生成三角片，构造成柱面，从而生成管道单元。

上述方法中，所述步骤S4包括：根据路径起点和终点，利用生成的管道单元即可构造管道。因为步骤S31中需要用到路径上的离散点和路径单元，而路径单元是通过当前离散点和下一离散点确定的，所以最后一个路径单元不被使用。

上述方法中，所述步骤S5包括以下步骤：

所述步骤S5包括以下步骤：

S51、管道pipe1拼接管道pipe2，首先根据管道pipe1对应的路径的终点和管道pipe2对应的路径的起点，得到一条路径，运用步骤S4，生成管道pipe3；管道pipe3管道口的形状根据管道pipe1和管道pipe2的管道口形状确定，管道pipe3管道口的边数为管道pipe1和管道pipe2的管道口边数的最小公倍数；

S52、根据管道pipe1终点前一个离散点对应的管道横截面上的点集和管道pipe3起点对应的管道横截面上的点集，无缝连接管道pipe1和管道pipe3；由步骤S51得知，管道pipe3起点对应的管道横截面上的点集个数是管道pipe1终点前一个离散点对应的管道横截面上的点集个数的整数倍，设为time倍；重复利用time倍管道pipe1对应的管道横截面上的点集，运用这些点，生成三角片，从而连接管道pipe1和管道pipe3；

S53、根据管道pipe3终点前一个离散点对应的管道横截面上的点集和管道pipe2起点对应的管道横截面上的点集，拼接管道pipe3和管道pipe2；由步骤S52得知，管道pipe3终点前一个离散点对应的管道横截面上的点集个数是管道pipe2起点对应的管道横截面上的点集个数的整数倍，设为time倍；重复利用time倍管道pipe2对应的管道横截面上的点集，运用这些点，生成三角片，从而拼接管道pipe3和管道pipe2。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及技术效果：