[发明专利]一种基于测量点云的刀具轨迹光顺和优化方法

说明书

本发明属于机械加工相关技术领域，其公开了一种基于测量点云的刀具轨迹光顺和优化方法，方法包括：对刀具末端中心点集合进行拟合获得NURBS曲线将刀具末端中心集合中的各点分别沿法矢方向偏置第一预设距离得到刀具中心轴矢量点集合并进而拟合得到NURBS曲线获得刀具轨迹直纹NURBS曲面；基于光顺性评估的薄板能量模型获取同时考虑轨迹光顺性和偏差控制的目标函数，对目标函数进行求解获得控制点矩阵的最优路径控制点矩阵；进而获取新生成的以及对和偏置第二预设距离后分别进行采样获得刀具中心轴集合。本申请可以有效避免了抖动、突变带来的影响。

技术领域

本发明属于机械加工相关技术领域，更具体地，涉及一种基于测量点云的刀具轨迹光顺和优化方法。

背景技术

目前针对零件加工的轨迹生成主要是基于零件的设计模型，而大型飞机蒙皮零件薄壁弱刚性的特点导致其在加工装夹和装配过程中极易产生变形，设计模型在加工中不具备参考价值，因此只能基于现场测量点云进行机器人加工规划。现场测量点云规划机器人加工轨迹易导致机器人姿态发生突变、抖动等问题，超出机器人各关节速度、加速度承受范围，同时降低铣削加工精度和表面质量。

现有的利用点云生成刀具路径主要是通过离散点云生成路径点，后利用路径点直接生成加工轨迹，生成的加工轨迹主要用于数控机床加工，很少涉及机器人加工路径规划。六轴工业机器人与数控机床相比多了一个冗余自由度，并且机器人存在刚度差，姿态奇异等问题，因此利用测量点云生成路径时需要考虑对轨迹进行进一步光顺和优化。

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测量点云的刀具轨迹光顺和优化方法，通过测量点云获得刀具轨迹直纹NURBS曲面，然后获得考虑光顺性和误差控制的目标函数，对其进行求解获得优化后的加工轨迹，避免了抖动、突变带来的影响。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于测量点云的刀具轨迹光顺和优化方法，所述方法包括：S1：对刀具末端中心点集合P_S＝{p_S1，p_S2，…，P_Si，…，p_Sn}进行拟合获得NURBS曲线S2：将所述刀具末端中心集合中的各点分别沿所在NURBS曲线/的法矢方向偏置第一预设距离得到刀具中心轴矢量点集合，对所述刀具中心轴矢量点集合进而拟合得到NURBS曲线/并将所述NURBS曲线/上的点u_P与所述NURBS曲线/上的点u_Q进行一一对应，建立对应关系；S3：基于所述NURBS曲线/和NURBS曲线/以及对应关系获得刀具轨迹直纹NURBS曲面S(u_P，v)；S4：基于光顺性评估的薄板能量模型获取以所述刀具轨迹直纹NURBS曲面上的控制点矩阵D为自变量的能量优化目标函数E_S(D)以及偏差优化函数D(D)，获取同时考虑轨迹光顺性和偏差控制的目标函数F(D)：min F(D)＝E_S(D)+μD(D)；S5：对所述目标函数F(D)进行求解获得控制点矩阵D的最优路径控制点矩阵D*；S6：根据最优路径控制点矩阵D*获取新生成的刀具末端中心点集合对应的NURBS曲线/以及的所述刀具中心轴矢量点集合对应的NURBS曲线/其中，u_Q(u_P)为与u_P对应的点；S7：对所述NURBS曲线/和NURBS曲线/偏置第二预设距离后分别进行采样获得优化后的刀具末端中心点集合以及刀具中心轴矢量点集合，进而根据所述刀具末端中心点集合以及刀具中心轴矢量点集合获得刀具中心轴集合。/

优选地，步骤S1还包括：将拟合后不在NURBS曲线上的点投影至NURBS曲线上，使得刀具末端中心集合中的各点均在NURBS曲线/上；进一步优选的，采用最小二乘拟合法对所述刀具末端中心点集合P_S＝{p_S1，p_S2，…，P_Si，…，p_Sn}和刀具中心轴矢量点集合进行拟合。