[发明专利]一种异型预制体机器人针刺成形路径规划方法

说明书

本发明公开了一种异型预制体机器人针刺成形路径规划方法，包括根据异型预制体三维模型和针刺步长对异型预制体模型表面进行分层切割，并且利用非均匀有理B样条方法对针刺路径进行拟合，获得机器人针刺路径；利用基于四阶龙格‑库塔的预估校正法对所述路径进行等步长插补处理，确定针刺点位置坐标信息；以机器人末端姿态描述方式计算机器人针刺姿态的角度；结合所述针刺点位置坐标信息和针刺姿态的角度，将姿态信息传输给机器人，按照规划路线进行针刺。本发明保证了针刺点位置坐标的均匀性和针刺姿态的一致性，提高异型预制体针刺成形质量；适用于任何复杂曲面预制体，实施简单，不依赖其他第三方软件，便于实现机器人针刺离线编程系统的开发。

技术领域

本发明涉及三维纺织预制体针刺成形自动化的技术领域，尤其涉及一种异型预制体机器人针刺成形路径规划方法。

背景技术

现阶段平板预制体和环形预制体针刺成形技术已经相对成熟，基本实现了预制体针刺成形的自动化生产。异型预制体针刺成形技术，由于技术相对复杂或者保密要求，目前国内外可查到的文献并不多见。Olry P(U.S.Patent 4621662)发明了“Novoltex”针刺成形技术，对于圆柱、圆锥等回转预制体均能产生比较好的针刺效果，缺点是无法完成变直径回转预制体的制备；Francois Monget等设计了一款数控复合材料纤维增强针刺设备(U.S.Patent 5642679)，设备采用龙门架式结构并配有数控系统，工作范围更大自动化程度更高，可进行平面、曲面的针刺任务，缺点是针刺角度不可调节；同年，Olry P等发明了用于异型纤维预制体的针刺设备(U.S.Patent 5226217)，由四自由度机械臂拖动针刺头完成针刺，针刺头角度可以在范围进行调整，特别适合椭球、圆锥等特定类型的非封闭壳体制品的针刺工作。在国内，陈小明等发明了一种机器人针刺设备，设备采用由一台六自由度关节机器人和一台单轴水平变位机组成，基本适用于各种复杂预制体，缺点是单工位的设计让其不能适应复杂的针刺工艺。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述现有机器人针刺成形路径规划方法存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明解决的技术问题是：现有技术在进行针刺机器人路径规划时局限性较大，过于依赖其他软件，实施起来较为困难。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：根据异型预制体三维模型和针刺步长对异型预制体模型表面进行分层切割，并且利用非均匀有理B样条方法对针刺路径进行拟合，获得机器人针刺路径；利用基于四阶龙格-库塔的预估校正法对所述路径进行等步长插补处理，确定针刺点位置坐标信息；以机器人末端姿态描述方式计算机器人针刺姿态的角度；结合所述针刺点位置坐标信息和针刺姿态的角度，将姿态信息传输给机器人，按照规划路线进行针刺。

作为本发明所述的异型预制体机器人针刺成形路径规划方法的一种优选方案，其中：所述异型预制体三维模型包括，利用计算机辅助设计软件，建立异型预制体的数字化模型，并将其保存为STL格式文本格式备用，从所述STL格式文本中提取包含三角面片的几何信息，采用逐行搜索的方式检索所述STL格式文本中的关键词外法矢量和顶点，并将三角面片的三个顶点坐标值v₁＝(x₁,y₁,z₁)、v₂＝(x₂,y₂,z₂)、v₃＝(x₃,y₃,z₃)和三角面片的外法矢量N＝(n_x,n_y,n_z)保存备用。