[发明专利]基于MATLAB实现机器人实体建模与叶片激光检测仿真的方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机仿真领域，尤其是一种基于MATLAB实现机器人实体建模与叶片激光检测仿真的方法。

背景技术

叶片的型面是根据空气动力学及流体力学理论经过复杂的数值计算而设计出的空间型面，叶片型面的精度直接影响到发动机的能量转换效率，因此叶片检测是叶片加工的重要部分。常用的检测方法包括接触检测法、三坐标激光检测法以及双目视觉检测法。

现实叶片检测作业中，叶片的某一层往往只需检测指定数量的点的位姿。但采用接触检测法需要在检测点之间插入数千个点，不仅数据读取工作量大影响效率而且后期的数据处理很复杂。双目视觉测量法的摄像头很受测量环境的影响，检测中会引入大量的干涉点且需要进行数据拼接，计算量大，数据处理复杂。因此常用的接触检测法、三坐标激光检测法效率太低，双目视觉检测精度较差，因此选用工业机器人带动激光位移传感器对叶片进行检测，可实现叶片的高精度、高效性检测。

但是现实操作中，工业机器人都是采用手持示教器或者自身的离线编程软件进行作业编程及仿真。一方面，大多数机器人都有自己专用的机器语言作为编程语言，不仅需要专业的技术支持而且需要手动输入各检测点的三维坐标及姿态或者导入特定格式的作业文件，效率低下；另一方面，在进行手持示教或离线编程之前，需要借助其他软件对作业对象进行复杂的数据处理及坐标标定等，不仅对工控机的要求较高，影响编程及仿真效率而且由数据处理软件向离线编程软件输出数据，再由离线编程软件向机器人控制柜输出数据会导致数据传送的双重误差；最后，机器人自带的离线编程软件及国内外开发的相应的编程软件，价格昂贵，难以推广。

虽然三维建模软件具有很强的实体建模能力，但数据处理能力较差，很难完成一系列复杂的数值算法及矩阵运算；而MATLAB具有很强的数据处理能力，但实体建模能力较差，虽然有自己的机器人工具箱模块，但只能以圆柱来代替机器人的各关节，当机器人的某姿态由于自身关节尺寸限制而不能达到时，便会出现仿真失真，且没有直观性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提出一种基于MATLAB实现机器人实体建模与叶片激光检测仿真的方法，采用工业机器人带动激光位移传感器对叶片进行检测，实现高精度，高效性检测；借助MATLAB强大的数据处理能力，将仿真平台搭建在MATLAB环境下对叶片检测进行仿真。

本发明所采用的技术方案为：一种基于MATLAB实现机器人实体建模与叶片激光检测仿真的方法，在三维建模环境下，构建机器人各关节及激光位移传感器的实体模型，将模型以STL文件格式输出以获取各实体表面ASCII格式的数据模型；对叶片实体进行剖切、曲线分割、插值等处理以获取叶片检测特征点的三维坐标。在MATLAB环境下,提取STL文件的数据信息，实现三维实体模型由三维软件向MATLAB的转换；根据机器人的D-H坐标系及正运动学，完成机器人的装配及叶片检测仿真平台的搭建；加载叶片特征点的三维坐标，进行曲线拟合、法向偏移、坐标转换等数据处理以实现特征点的三维坐标向激光位移传感器坐标系的转换；将转换后的点的位姿利用机器人逆运动学求解出机器人各关节的值，对相邻两点的各关节值以圆弧插补的方式进行插值。实现机器人沿着叶片特征点的法线方向以一定的偏距进行检测仿真。

本发明的有益效果是：

a、实现了三维软件实体建模功能与MATLAB数据处理功能在一定程度上的结合，只需导入由三维软件输出的各关节的STL文件便可在MATLAB环境下读取实体表面的几何信息，构建任何型号机器人的实体模型；

b、通过截取被测叶片指定高度的轮廓曲线便可方便、快捷地读取叶片特征点的坐标及姿态，并编写特定算法的程序代码实现叶形曲线的拟合、法向偏移、坐标旋转平移变换等一系列的复杂的数值运算处理，并以坐标图形的形式显示结果；

c、不需要特定的编程语言及作业文件格式，只需将点的坐标及姿态以txt文本的格式进行存储便可快速的读取、输出检测点的位姿信息；

d、可快速的求解机器人正、逆运动学方程，对求解出的各关节角进行多种插补运算以规划出合理的机器人检测路径；

e、直接将数值处理后的点在MATLAB环境下进行检测仿真，不用导入机器人自带离线编程软件进行指定位数的四舍五入，保证了仿真数据及结果的精确性。

f、可在仿真无误后，将各检测点对应的关节角按照机器人控制柜可以识别的文件格式进行作业文件的编写，将作业文件输入机器人控制柜，控制机器人按照仿真路径进行现实作业。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。