[发明专利]一种钢结构机器人喷涂自动路径规划方法

权利要求书

1.一种钢结构机器人喷涂自动路径规划方法，其具体步骤如下：

A、模式选择：选择喷涂系统的布置模式为输送线模式或者第七轴模式；

B、建立坐标系并导入机器人模型、工件模型及设定参数；

C、生成用于碰撞检测的网格模型；

D、生成几何基元列表并转换为喷涂基元列表；

E、对各喷涂基元进行路径规划，生成工件的完整喷涂路径；

F、机器人关节臂运动规划：根据喷涂路径以及机器人工作速度和加速度信息，给出机器人六个关节臂的速度曲线和加速度曲线；

G、检查关节臂的速度和加速度是否超限：检查机器人关节空间的速度、加速度是否超限，若超限则计算出超限因子，并据此减小笛卡尔移动速度和加速度、旋转速度和加速度；

H、细节路径规划并生成喷涂程序：根据高度值与喷涂间距参数之间的相对大小关系，进行细节路径规划并按照制定的规范自动生成最终的喷涂程序，整个规划过程结束；

所述步骤D中将几何基元转换为喷涂基元的处理操作，包括对公共区域的处理：依据公共区域识别及其宽度阈值参数，将属于公共区域的几何基元转换为相应类型的喷涂基元，并分配给对应的机器人；所述步骤D中将几何基元转换为喷涂基元的处理操作，包括对锐边邻接区域的处理：依据锐边识别及靠近锐边部分宽度参数，将锐边邻接区域转换为相应类型的喷涂基元；所述步骤D中将几何基元转换为喷涂基元的处理操作，包括基于偏移量的修正处理：依据偏移量参数，对梯形类、平行四边形类几何基元进行修正处理，以控制其喷涂效果；

所述步骤D中将几何基元转换为喷涂基元的处理操作，包括：

a、对梯形类几何基元的处理：依据梯形分割准则，将其转换为相应类型的喷涂基元；

所谓的梯形分割准则，即指定对梯形类几何基元的喷涂方式；将梯形当作一个整体进行喷涂，也可以将梯形分割为一个平行四边形和一个三角形；当进行分割处理时，则对所获得的三角形又有三种处理方式，第一种是将该三角形补全为一个虚拟平行四边形，第二种是指定数条平行于三角形最大边长方向的喷涂路径，第三种是在三角形中指定一条样条曲线喷涂路径；

b、对平行四边形类几何基元的处理：依据最小基元阈值和线-面阈值参数，将其转换为相应类型的喷涂基元；

当平行四边形类几何基元短边方向的高度值小于最小基元阈值时，该平行四边形类几何基元将被忽略；当高度值大于等于最小基元阈值但小于线-面阈值时，则该平行四边形类几何基元将被转换为线段类喷涂基元，即其喷涂路径为一条沿长度方向的中线；当高度值大于等于线-面阈值时，则该平行四边形类几何基元将被转换为平行四边形类喷涂基元；

c、对公共区域的处理：所谓的公共区域，是指两台机器人中的任一台都能够完成其喷涂作业的区域；当公共区域的尺寸过大，则由单台机器人独自来完成其喷涂很可能出现奇异点或者接近奇异姿态的问题；

首先依据公共区域的范围参数来判断某个几何基元是否属于公共区域，如果其属于公共区域，则将该几何基元的短边方向高度值与公共区域宽度阈值进行对比，如果高度值小于宽度阈值，则不对该几何基元进行分割处理；如果高度值大于等于宽度阈值，则将该几何基元分割为两个喷涂基元，并分配给对应的机器人进行喷涂作业；

d、对锐边邻接区域的处理：考虑到所处理的工件表面模型为正则的流形曲面模型，其中每条边有且仅有两个父面；所谓的锐边，是指由该锐边及其两个父平面所定义的二面角小于π；

考虑到算法的效率，锐边检测过程：待检测边为E_test，找到E_test的中点P_em，在父平面一内，找出过点P_em且垂直于边E_test的直线L_p，在直线L_p上找到距离点P_em为父平面一宽度值一半的两个点P_pm和P₂，找出过点P_pm的父平面一的法线N_pm；在法线N_pm上找到距离点P_pm为10mm的点P₁；连接点P₁和P₂，得到直线L_test；检测L_test与父平面二是否有交点；为保证算法的稳定性，将上述检测过程中父平面一和父平面二的角色对调，重复一遍上述检测过程；若在这两个检测过程中发现交点，则边E_test为锐边，否则，边E_test为非锐边；

对锐边邻接区域的处理：当锐边的父平面的宽度值小于等于靠近锐边部分宽度参数值时，认为喷枪对着锐边喷涂时已经覆盖了其邻接区域，因此将锐边邻接区域从几何基元列表中移除，且在喷涂基元列表中添加一个线段类喷涂基元；当锐边的父平面的宽度值大于靠近锐边部分宽度参数值时，将每个父平面分割为两部分，即将父平面一分割为父平面一靠近锐边部分和父平面一单独喷涂部分，将父平面二分割为父平面二靠近锐边部分和父平面二单独喷涂部分，父平面一靠近锐边部分和父平面二靠近锐边部分由喷枪对着锐边一次喷涂完成，父平面一单独喷涂部分和父平面二单独喷涂部分则分别进行独立喷涂作业；

e、基于偏移量的修正处理：偏移量，是喷涂效果的控制参数；偏移量可正可负，若偏移方向指向平面内部，则偏移量为正，反之则为负；有两种类型的偏移，即沿短边方向的偏移和沿长边方向的偏移。