[发明专利]基于机械臂3D打印平台的曲面路径规划方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质

权利要求书

1.一种基于机械臂3D打印平台的曲面路径规划方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：

(1)将打印模型进行适当的变形，将弯曲的模型进行扁平化变形，并存储模型的变形场，即变换前后点到点的映射关系；

(2)根据步骤(1)中经过扁平化后的网格模型进行切片、路径规划与填充处理，并生成平面路径；

(3)将步骤(2)生成的平面路径基于变形场通过逆映射转化为曲面路径；

(4)避免挤出机与打印件的碰撞，为机械臂进行无碰撞的空间路径规划；

(5)同步机械臂系统与挤出系统，使机械臂末端移动速度与挤出机挤出速度进行良好的配合，共同完成打印任务。

2.根据权利要求1所述的一种基于机械臂3D打印平台的曲面路径规划方法，其特征在于，所述的步骤(2)，具体包括以下步骤：

(2.1)对变形后的模型采用平面切片，使用X-Y平面对模型进行切片，得到一系列模型外轮廓；

(2.2)使用连续费马螺线对每个切片层进行路径填充，生成连续路径。

3.根据权利要求1所述的一种基于机械臂3D打印平台的曲面路径规划方法，其特征在于，所述的步骤(4)，具体包括以下步骤：

(4.1)对每层的打印路径上每个点估计法向量，法向量方向即机械臂末端姿态；

(4.2)计算使机械臂末端旋转至法向量的四元数。

4.根据权利要求3所述的一种基于机械臂3D打印平台的曲面路径规划方法，其特征在于，所述的步骤(4.1)具体为：

给定打印路径数据P＝{p₁，p₂，…，p_n}，其中n为点云总数，点p_i的K阶领域为N_i，N_i＝{p₁，p₂，…，p_k}，p_i＝(x_i，y_i，z_i)，i＝1，2，…，K；目标函数即使用这K个采样点拟合点p_i的切平面Ax+By+Cz＝D，其中D≥0，A²+B²+C²＝1，(A，B，C)代表该平面的一个法向量，D代表平面与原点的偏移量，优化目标是使各点到拟合平面的距离尽可能地小，目标函数J₀为：

约束条件为：

A²+B²+C²＝1，即||n||＝1；

将具有该约束地优化函数转化为极值问题的求解，优化函数J为：

对未知参数D求偏导数，

令将优化函数改写为：

分别对A、B、C求偏导数，

由上述可知，

对S₀除以K变为协方差矩阵，则对任意点云数据p_i用其K阶领域拟合的协方差矩阵为：

S为对称正定矩阵，对S进行特征分解，有3个实特征值λ₀≤λ₁≤λ₂，对应的特征向量为v₀，v₁，v₂，由上式可知Sn＝λn，求得，

优化的目标函数取最小距离即最后一个等式，即取最小特征值λ₀对应的特征向量v₀作为该点p_i的法向量。