[发明专利]适用于圆柱磨抛工具的机器人力控磨抛轨迹规划方法及系统

说明书

本发明提供了一种适用于圆柱磨抛工具的机器人力控磨抛轨迹规划方法及系统，包括：步骤S1：根据待磨曲面三维点云计算各点法向、主曲率、主方向以及理想工具轴向，并根据计算得到的各点法向、主曲率、主方向以及理想工具轴向将工件待磨表面分割成若干子曲面；步骤S2：根据磨抛工具及待磨曲面相关工艺参数构建磨抛力学模型；步骤S3：基于磨抛力学模型对子曲面分别进行局部路径规划；步骤S4：基于局部路径规划生成各个子曲面的局部路径，对局部路径进行子曲面间移动规划生成完整磨抛轨迹；本发明更适用于侧壁内腔等复杂曲面的分割，可以解决传统解析接触力学模型无法适用于非连续曲面的问题，生成的路径能较好的覆盖待磨曲面并使磨抛量达到预期。

技术领域

本发明涉及机器人磨抛路径规划领域，具体地，涉及适用于圆柱磨抛工具的机器人力控磨抛轨迹规划方法，可根据待磨曲面三维点云以及相关工艺参数生成机器人完整磨抛轨迹。

背景技术

打磨抛光是各种工业零件生产加工的最后制造步骤。对于工件侧壁、内腔等复杂曲面，目前工业生产线上常用的方式依然是手工磨抛。为减轻工人负担，提高工作效率，机器人磨抛越来越成为磨抛工序的首选。在该工序中，机器人运动规划是重要一环，主要包括对工件表面进行曲面分割，建立工件与工具间的磨抛力学模型，进而基于模型对磨抛路径进行规划三个部分。

目前主流的曲面分割方法，包括经典梯形分解、BCD分解、基于莫尔斯函数的分解等，大多适用于二维平面，通过轮廓等信息将曲面分成若干个连续无障碍的单元，但未考虑工件表面的法方向、曲率等三维特征，不适合用于类似于侧壁、内腔等区域的分割。

磨抛路径规划的基础是对磨抛机理的研究，即描述工具与工件之间接触压强分布以及材料去除率的磨抛力学模型研究。赫兹接触模型适用于圆柱磨抛工具，但不适用于具有非连续曲率特征的工件，如工具穿过孔或者磨抛工件表面边缘的情况。数值力学模型可有效解决上述问题，但目前缺少针对圆柱磨抛工具的数值模型。

专利文献CN111468991B(申请号：202010370120.6)公开了一种基于曲面修补的打磨抛光机器人的路径规划方法，包括：对复杂曲面进行重建，以获得复杂曲面的几何模型文件；对该复杂曲面进行修补，以获得能够包含该复杂曲面的最小四边形曲面；根据表面粗糙度要求，选择路径间距值；在四边形曲面上生成四边形映射网格，取各网格节点作为打磨路径点，以生成z字形的打磨路径；对网格节点进行删减操作，删除属于四边形曲面但不属于修补前的复杂曲面上的路径点，以得到最终的打磨路径示意图。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种。

根据本发明提供的一种适用于圆柱磨抛工具的机器人力控磨抛轨迹规划方法，包括：

步骤S1：根据待磨曲面三维点云计算各点法向、主曲率、主方向以及理想工具轴向，并根据计算得到的各点法向、主曲率、主方向以及理想工具轴向将工件待磨表面分割成若干子曲面；

步骤S2：根据磨抛工具及待磨曲面相关工艺参数构建磨抛力学模型；

步骤S3：基于磨抛力学模型对子曲面分别进行局部路径规划；

步骤S4：基于局部路径规划生成各个子曲面的局部路径，对局部路径进行子曲面间移动规划生成完整磨抛轨迹。

优选地，所述步骤S1采用：

步骤S1.1：根据工件待磨曲面三维点云数据使用最小二乘法对点云各点进行二次曲面拟合，并计算各点的法向、主曲率与主方向；

步骤S1.2：计算工件表面各点曲率信息，并将工件表面各点曲率最小方向作为理想工具轴向；

步骤S1.3：根据计算的各点法方向、主曲率、主方向以及理想工具轴向，使用K-Means聚类算法将待磨曲面三维点云进行曲面分割。