[发明专利]一种复杂曲面自动喷涂轨迹优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及机器人喷涂复杂工件过程中，一种机器人离线编程系统中能够使用的复杂曲面自动喷涂轨迹优化方法。

背景技术

在实际工业生产中，会遇到各种各样表面形状复杂多变的工件，对其进行喷涂时工件表面曲率变化都比较大。在这种复杂曲面上的喷涂轨迹优化工作中，现有的方法基本步骤如下：

(1)在获取工件表面CAD数据后直接对曲面进行三角划分，使用相应的方法对曲面进行造型；

(2)按照曲面拓扑结构对复杂曲面进行分片后，将每一片近似看成平面，再在每一片上进行喷涂轨迹优化；

(3)对片与片交界处的喷涂轨迹进行优化，具体需要根据每两片上的喷涂路径的几何位置关系分三种情况来优化：即平行-平行、平行-垂直、垂直-垂直；

(4)将每一片上的喷涂轨迹进行优化组合，具体可以采用蚁群算法或遗传算法等。

总体来说，这样的复杂曲面上的喷涂轨迹优化方法基本上可以满足喷涂需要。但是，该方法执行步骤较多，且在实际过程中需要经过片上的轨迹优化、每两片交界处的喷涂轨迹优化、每一片上的喷涂轨迹优化组合等三次优化工作，操作较为麻烦且会耗费大量系统时间，效率偏低。另外，当复杂曲面面积较大或分片较多时，该方法会出现以下两个严重问题：

(1)在对片与片交界处的喷涂轨迹进行优化之后，需要将片与片交界处的喷涂优化轨迹进行合并，这个过程中误差会较大，会使得片与片交界处的涂层厚度均匀性变差，且耗费大量系统执行时间；

(2)分片较多时，在将每一片上的喷涂轨迹进行优化组合过程中，种群规模会增大，这种情况下使用遗传算法或蚁群算法收敛速度较慢，且算法易陷入不同的局部最优域，导致喷涂效果变差，喷涂效率降低。

随着计算机应用技术的发展，Bézier方法在CAGD和机械设计与制造中已经是较成熟的技术，但在喷涂工件曲面轨迹优化中的应用仍是空白。因此，本发明提出了一种新的基于Bézier方法的复杂曲面喷涂轨迹优化方法。该方法最大的优点就是不需要对复杂曲面进行分片，而是充分利用了指数平均Bézier曲线所特有的灵活的调控性质先对喷涂空间路径进行规划。不仅增加了优化过程中的灵活性和“柔性”，而且大大简化了复杂曲面上喷涂作业的步骤，满足了喷涂效果的同时提高了效率。

发明内容

本发明是为了解决机器人在复杂曲面上的喷涂轨迹优化操作麻烦、耗费大量系统时间，喷涂效果差，喷涂效率低等问题，提出一种复杂曲面自动喷涂轨迹优化方法，该方法不仅增加了优化过程中的灵活性和“柔性”，而且大大简化了复杂曲面上喷涂作业的步骤，满足了喷涂效果的同时提高了效率。在机器人喷涂轨迹优化领域将会有很好的发展和应用前景。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

1、一种复杂曲面自动喷涂轨迹优化方法，包括以下步骤：

第一步，Bézier曲面等距面离散点列计算。

设Bézier参数曲面为s(u,v)＝(x(u,v),y(u,v),z(u,v))，简记为s＝s(u,v)，参数定义域为[u₀,u_n]×[v₀,v_m]。等距面的离散点列具体计算步骤如下：

(1)初始化Δu₀、Δv₀、控制精度参数δ，经i步计算后，得到曲面上的点坐标s(u_i,v_j)，法矢n(u_i,v_j)以及对应的等距面上的点s₀(u_i,v_j)。

(2)计算等距面上的新点s₀(u_i+Δu,v_j)。

(3)分析弦s₀(u_i,v_j)s₀(u_i+Δu,v_j)逼近相应曲线的误差ε的值，若ε＜δ，则取Δu为1.312×Δu，否则Δu为0.618×Δu，且u_i+1＝u_i+Δu；若u_i＜u_n，转入第2步，否则进入下一步。