[发明专利]大型复杂构件机器人化表面加工的区域划分方法及设备

说明书

本发明属于大型复杂构件机器人化加工领域，公开了一种大型复杂构件机器人化表面加工的区域划分方法及设备，该方法包括：1)获取大型复杂构件待加工表面的CAD模型并确定其包围盒；2)调整CAD模型的位姿；3)离线编程得到机器人末端工具路径的点云模型；4)进行机器人可加工区域筛选得到加工点云模型；5)进行加工点云模型的稀疏化处理得到稀疏点云模型；6)进行纵向分区，得到一级子区域；7)对一级子区域进行横向分区，得到二级子区域；8)获取二级子区域边界点云信息，对加工点云模型分区得到构件的分区点云模型。本发明可为大型复杂构件机器人化表面加工过程中的系统布局、运动规划及控制提供基础。

技术领域

本发明属于大型复杂构件机器人化加工领域，更具体地，涉及一种大型复杂构件机器人化表面加工的区域划分方法。

背景技术

大型复杂构件，如风电叶片、高铁车身、船舶构件、航空构件等，在能源、交通等领域有着广泛应用，其制造水平代表着国家制造业的核心竞争力。这些构件经特定工艺加工成形后，通常需要进行表面打磨、喷漆等后处理，以保证能够长期使用。

以大型风电叶片为例，这些构件通常尺寸巨大，外形复杂，进行自动化加工时存在较大的困难。目前，这类大型结构件的表面加工仍然以人工作业为主，加工质量严重依赖于工人经验，普遍存在生产效率低下、产品质量一致性难以保证等问题。此外，由于劳动强度极高、作业环境恶劣(噪声、粉尘等)，严重影响工人的身心健康，从而导致生产成本高、招工困难等问题。为了保证行业产能，亟需高效的自动化加工技术。

随着机器人技术的发展，使用工业机器人进行大型复杂构件的表面加工(打磨、喷漆等)具有广阔的应用前景。但是，大型复杂构件机器人化表面加工仍然面临诸多挑战。鉴于大型复杂构件的待加工区域通常远大于机器人的作业范围，可以考虑采用分区域、多机器人协同高效作业的方式进行加工，这就需要将其整体加工区域划分为多个子区域。然而，目前尚无面向大型复杂构件等大型构件机器人化加工的自动化区域划分手段。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，针对背景部分提及的问题，本发明提供了一种大型复杂构件机器人化表面加工的区域划分方法，其目的在于，根据工件CAD模型、机器人及其使用工具的信息实现大型复杂构件加工区域的自动化划分，以保证机器人能够停在指定位置完成子区域的加工，从而为大型复杂构件等大型复杂构件机器人化加工的实现提供基础。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种大型复杂构件机器人化表面加工的区域划分方法，包括如下步骤：

S1：获取大型复杂构件待加工表面的CAD模型，结合大型复杂构件的实际工装位姿要求确定待加工表面的AABB包围盒，如果大型复杂构件没有明确的工装位姿要求，则确定待加工表面的OBB包围盒；

S2：调整待加工表面CAD模型的位姿，使其位姿满足如下要求：

1)包围盒左侧面与坐标系YOZ平面重合，

2)包围盒右侧面、后侧面和顶侧面法矢u、v、w分别与坐标系的X、Y、Z轴对齐，且X、Y、Z轴分别对应于待加工表面的长、宽、高方向；

S3：对调整位姿后的待加工表面进行离线编程，通过等截面法获取机器人末端工具的一系列加工轨迹曲线，然后通过加工轨迹曲线离散化得到待加工表面的点云模型；

S4：根据S3点云模型中各点的法矢信息进行机器人可加工区域筛选，去除不适于机器人加工的点云区块，以得到待加工表面的加工点云模型；

S5：对于经S4筛选后的加工点云模型进行精简，根据机器人简化模型的尺寸参数进行加工点云模型的稀疏化处理，以得到待加工表面的稀疏点云模型；

S6：纵向分区，确定S5稀疏点云模型中各条轨迹曲线是否需要分段，对于需要分段的轨迹曲线进行分段，根据轨迹分段结果得到一级子区域；