[发明专利]一种基于在线试触的机器人恒力打磨路径规划方法及系统

说明书

本发明属于机器人打磨路径规划领域，并具体公开了一种基于在线试触的机器人恒力打磨路径规划方法及系统，其首先获取待打磨表面的几何信息和位置信息，并据此确定在线试触过程的试触范围和试触方向；然后确定试触起点，机器人夹持打磨工具从试触起点出发，沿试触方向对待打磨表面进行逐点在线试触，并记录触碰点信息；最后利用记录的所有触碰点信息拟合待打磨表面的恒打磨力面网格，并生成恒力打磨路径。本发明通过机器人在线试触待打磨表面的方式获取工件表面信息，并据此规划恒力打磨路径，具有操作简单，自动化程度高，且能实现恒力打磨等优点。

技术领域

本发明属于机器人打磨路径规划领域，更具体地，涉及一种基于在线试触的机器人恒力打磨路径规划方法及系统。

背景技术

随着机器人在机械加工制造领域的广泛应用，越来越多的人工作业被机器人作业替代，如机器人喷涂、钻铆和磨抛等。以上三种作业由于对机器人的操作精度要求较低，故应用最为广泛。在机器人磨抛加工领域，目前从中小型企业到大型企业均采用机器人协助人工或机器人单独作业的方式。其中，中小型企业主要涉及卫浴行业等小零部件的抛光，大型企业则涉及风电、高铁等行业中大型复杂构件的打磨。

机器人磨抛按工件的装夹方式分为两种，一种是工件被固定装夹于工作台面，机器人夹持打磨工具打磨待加工工件；另一种是工件被固定装夹于机器人末端，机器人夹持工件靠近打磨工具以使工件被打磨。两种机器人打磨方式均面临着一系列问题，首先是工件的定位问题，传统数控加工用人工对刀来解决此问题，但要求高度自动化的机器人加工领域并不适用此方法；然后是如何获取工件的几何信息以用于打磨路径规划，一般方法多用视觉辅助手段来获取精确工件几何信息；最后是工件的变形问题，即使精准获取工件形状和位置信息，在加工过程中工件仍可能因受到打磨力影响而发生变形进而使规划的打磨路径失效。

为解决上述问题，近年来出现了一些根据待打磨工件的3D点云模型自动规划打磨路径的方法，也出现了一些基于多传感器融合以在线保证打磨质量的机器人打磨控制系统。例如，专利CN107598918A提出了一种基于打磨机器人的表面打磨处理自动编程方法和装置，其通过待打磨工件的3D点云模型获取打磨目标项序列，然而精确的3D点云模型依赖价格昂贵的三维测量设备，且三维测量过程繁琐，进一步增加了时间成本。专利CN108942940A提出了一种基于多传感器融合的遥操作机器人打磨控制系统，其通过图像处理提取工件待打磨区域的图像，进而在打磨过程中通过六维力传感器反馈的打磨力信息实时调整打磨位置和姿态，以期实现工件内部的打磨以及非规则零件的打磨，该方法的不足是其打磨过程需结合人工操作进行，在自动化程度上仍待加强。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于在线试触的机器人恒力打磨路径规划方法及系统，其通过机器人在线试触待打磨表面的方式获取工件表面信息，并据此规划能保证打磨力恒力的加工路径，具有操作简单，自动化程度高，且能实现恒力打磨等优点。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种基于在线试触的机器人恒力打磨路径规划方法，其包括如下步骤：

S1获取待打磨表面的几何信息和位置信息，并据此确定在线试触过程的试触范围和试触方向；

S2确定试触范围内的试触起点，机器人夹持打磨工具从试触起点出发，沿试触方向对待打磨表面进行逐点在线试触，并记录触碰点信息；

S3利用记录的所有触碰点信息拟合待打磨表面的恒打磨力面网格，并生成恒力打磨路径。

作为进一步优选的，步骤S1中，优选采用如下步骤确定机器人的试触范围和试触方向：

S11根据待打磨表面的几何信息和位置信息，确定一个将待打磨表面完全包含在内的长方体；

S12以长方体六个面中与待打磨表面同侧且平行的一面作为试触面，该试触面即为试触范围，并以该试触面指向待打磨表面的法向向量作为试触方向。