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专利号: 2022114576590
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-08-19
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种曲面恒力打磨机器人的路径规划及控制方法,其特征在于,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;

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连接,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;

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;

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;

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;

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;

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;

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;

4.2)同档分区综合路径规划,将同一档次的区域,进行综合路径规划,即对同一曲率档次的区域进行统一的路径规划,确定加工的先后顺序,以及分区域的加工起点和终点,使该区域终点与下一个区域起点之间的距离小于10cm;

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,为保证去除的材料相同需要保证打磨的法向力相同,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;

所述打磨恒力控制步骤,具体如下:

6.1)力采集,通过安装在机器人末端的力传感器实时采集打磨力信息;

6.2)信息计算,将力信息输入基于位置的阻抗控制模型,计算得到位置偏移量;

6.3)控制机器人,将位置偏移量输入给机器人,控制机器人运行到纠正后的相应位姿,实现曲面恒力打磨;

7)完成一个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。

2.根据权利要求1所述的一种曲面恒力打磨机器人的路径规划及控制方法,其特征在于,所述点云对比步骤,具体如下:

5.1)扫描,对加工曲面进行扫描,扫描得到点云数据;

5.2)对比,将扫描得到的点云与三维模型的点云数据进行对比,以位姿点之间的距离作为批判标准;

5.3)处理,对存在缺陷区域,进行预加工的轨迹规划;

如毛刺部分,则使用示教预处理,使其缺陷小于2mm,达到恒力打磨处理范围内。