[发明专利]一种曲面恒力打磨机器人的路径规划及控制方法

说明书

本发明公开了一种曲面恒力打磨机器人的路径规划及控制方法，包括如下步骤：根据打磨曲面的曲率划分不同区域，不同曲率采取不同直径的砂轮；确定打磨机器人在曲面各点的位姿；确定机器人在各区域的运行轨迹；在每个位姿点，通过恒力控制使每个点打磨力基本相同；通过实际扫描模型与三维模型对比，确定明显缺陷所在位置后，对缺陷位置打磨轨迹规划；完成该曲率范围的打磨区域后，更换末端打磨砂轮，打磨下一个曲率范围的区域；最后在恒力控制下驱动打磨机器人完成整体曲面打磨。

技术领域

本发明涉及机械加工设备技术领域，具体涉及一种曲面恒力打磨机器人的路径规划及控制方法。

背景技术

大型曲面通常通过铸造获得，但铸造获得曲面表面质量较差，需要通过二次加工来提升表面质量，如打磨抛光等。当前大部分企业仍采用人工打磨，效率较低，打磨质量不稳定。随着机器人技术的快速发展，机器人打磨技术得到了越来越广泛的应用。因此，基于工业机器人，开展曲面打磨的路径规划和控制，来提升打磨效率和打磨质量是十分必要的。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了轨迹规划和控制流程合理的一种曲面恒力打磨机器人的路径规划及控制方法。

本发明的技术方案如下：

一种曲面恒力打磨机器人的路径规划及控制方法，包括以下步骤：

1）打磨区域划分：通过曲率分析，根据曲率大小划分打磨区域，每个打磨区域对应一个型号的打磨砂轮；

2）点云处理：通过对曲面的三维模型进行均匀采样获得点云数据，并进行降噪处理；

3）位姿计算：对获得点云数据进行位姿计算，完善路径点的位姿信息；

4）轨迹规划：根据不同曲率区域选取的打磨砂轮，选取两行路径点之间的间距，相邻路径点的间隔为1mm，将同行的路径点连接获得该行的机器人运行轨迹；

5）点云对比：采用三维扫描仪对实际曲面进行扫描，并以实际与三维模型的点云之间的距离作为评判标准，判断是否存在明显缺陷，若存在对缺陷区域先进行处理，处理后再按照规划的轨迹运行；

6）打磨恒力控制：机器人按照规划的轨迹运行时，为保证材料去除相同要保证打磨法向力相同，再机器人末端添加力传感器，并采用基于位置的阻抗控制，实时调节机器人运行位姿，实现沿曲面恒力打磨。

7）完成该曲率档次的打磨区域后，更换末端打磨砂轮，打磨下一个曲率范围的区域。

进一步的，所述打磨区域划分步骤，具体包括以下步骤：

1.1）三维模型预处理，对曲面三维模型的待加工外表面进行提取；

1.2）曲率分析，对待加工外表面的曲率进行分析，按照曲率半径大小划分为大、中、小三个档次；

1.3）区域划分：根据划分曲率半径划分档次后，将相邻的曲率属于同一档次的区域链接，连接规则按照先大后小的规律，将小曲率留到最后，与加工顺序相同。

进一步的，所述点云处理步骤，具体如下：

2.1）对待加工曲面进行离散化；

2.2）对离散化的点云进行降噪处理；

2.3）对降噪后的点云均匀取点。

进一步的，所述位姿计算步骤，具体如下：

3.1）法向计算，采用坎尼算子计算位姿点的法向，以与机器人接触方向为正；

3.2）X向计算，以沿加工方向上两个相邻点的连线作为X方向，以加工方向为正；

3.3）Y向计算，确定X向与Z向后，采用右手法则确定Y向。

进一步的，所述轨迹规划步骤，具体如下：

4.1）间距确定，根据分区设定相邻路径的间距，即该分区采用的打磨砂轮直径；同一路径上，点云间隔设置为１mm；