[发明专利]一种面向平面/近似平面工件的喷涂机器人快速智能编程方法

权利要求书

1.一种面向平面/近似平面工件的喷涂机器人快速智能编程方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)采用激光扫描工件表面获得工件原始三维点云信息；

(2)对工件表面点云信息进行预处理

通过直通滤波法从工件原始三维点云信息中截取工件点云，并采用体素栅格法降低点云规模，通过统计滤波法滤除离群点，从而得到规整可用的工件点云；

(3)工件边界特征点提取

首先从步骤(2)所得的规整可用的工件点云分离出表示工件待喷涂表面的二维平面点云，再根据喷涂面点云的k近邻点分布均匀性，识别出工件边界特征点；

(4)多边形边界特征拟合和矫正

利用欧式聚类和RANSAC直线拟合的方法拟合出可表达边界拓扑形状的多边形边界特征，通过求交以及平移旋转变换得到XOY平面上多边形的顶点坐标，并由人工交互操作对其进行校正；具体包括以下步骤：

(41)对各子点云分别以的直线方程ax+by＝d为分割模型参数，运用基于RANSAC的点云分割算法做进一步分割，得到内外边界的多边形各条边的点云及其对应的直线参数方程；然后将各条边的点云投影到其对应边上，以平滑多边形的各条边；

(42)多边形顶点特征识别和变换

设多边形集合S＝{s₁,s₂,…s_n}，对于任意的多边形s_i(i∈[1,n])，有s_i＝{e₁,e₂,…e_m}，e_i表示多边形的边，多边形顶点求解步骤如下：

(a)任取多变形s_i的两条边e_k和e_l求交，得到交点v_j；

(b)以边e_k和e_l的点云构造K-D树，以交点v_j为目标点，进行最近邻搜索，并计算出最近邻点与交点v_j的距离v_j，保存到容量为m、距离越小权值越大的优先队列中；

(c)重复步骤(a)和(b)直至多变形s_i中的任意两条边均求过交点，最终在优先队列中保存的交点即多变形s_i的顶点；

(d)重复步骤(a)-(c)直至多边形集合S中的任一多边形均求过顶点；

将求解得到的多边形顶点坐标值，通过平移旋转的方式变换到XOY平面上，使得z坐标均为0，仅用x坐标和y坐标表示顶点位置，进而转换为二维空间中进行处理；

(43)多边形特征校正

在拟合出多边形特征的基础上，定义了x坐标相等、y坐标相等、平行、垂直和共线拓扑约束，通过交互式操作对多边形特征添加相应的约束，进而校正所得多边形数据；

(5)进行工件表面全覆盖路径规划，具体包括以下步骤：

(51)基于扫描线算法的特征线与多边形求交

1)初始化扫描线为起始位置；

2)求扫描线与多边形的交点

3)判断交点数量是否大于0，若否，直接结束；若是则执行步骤4)

4)将求得交点按照x坐标的值从小到大排序；

5)对排序后的交点两两配对连成线段，可以得到特征线与多边形上文截线段；

6)将扫描线沿Y轴方向移动距离d，返回步骤2)执行；

(52)路径生成

首先从起始特征线L₁开始，选择该特征线交点集合中两端的交点P₁₁和P_1j中的一个作为起始路径点P_begin，另一个作为当前路径点P_cur，其他点按相邻顺序依次用直线段连接；然后计算下一条特征线交点数组中首尾位置的交点P₂₁和P_2j与当前路径点P_cur之间的距离，选择其中距离较近的交点连接到当前路径点P_cur，其他点按相邻顺序依次连接，然后将其中距离较远的交点更新为的当前路径点P_cur；依次类推，直到所有特征线均被处理，即得到喷涂路径。