基于STL文件复杂曲面的机器人抛光路径规划研究

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汽车模具复杂曲面的抛光与打磨工作,一直以来都是由技术工人手工完成。模具表面加工的质量好坏完全取决于工人的技术水平,这就会导致生产率低下、加工质量不稳定等问题,难以满足当今工业发展对模具低成本、短周期、高质量等生产工艺的要求。因此,模具抛光的工作迫切需要自动化设备来替代人工。随着工业机器人技术的发展,机器人在自动化抛光复杂曲面的应用研究越来越得到重视。传统的机器人示教再现的方法有很大的局限性,单纯的手动示教往往无法满足复杂的曲面抛光的要求,而离线路径点规划可以利用三维模型直接生成机器人所需的抛光路径点信息,有效避开了传统示教方法的局限性。针对机器人自动化抛光复杂曲面存在的问题,本文基于STL文件研究机器人抛光路径规划,具体研究思路如下所示:本文要设计一款功能性的机器人浮动末端执行器,完成机器人抛光自由曲面的浮动末端执行器的各项功能要求,然后根据设计的机器人末端执行器,选择出市场上功能类似的浮动抛光的产品,通过测试来验证是否满足加工需求。本文是基于STL文件研究一种机器人抛光路径点生成的方法。首先,将被抛光工件的三维CAD模型转化为STL模型。其次,利用C++对得到的STL文件进行拓扑重建,并且去除STL文件中的冗余信息,得到三角形网格顶点、边、面三者的拓扑关系。在拓扑重建的同时,将计算出顶点的法矢量、主曲率,边的边长,面片的面积、形状因子等信息。最后,直接利用横截面法来获取所需的抛光路径点。本文采用道格拉斯-普克算法(Douglas–Peucker algorithm)的基本思路来去除冗余的路径点,然后根据抛光路径点的拓扑信息,计算其法矢量并且判断其凹凸性,利用其法矢量计算出其姿态信息,并得到位姿信息(即x,y,z,a,b,c)。最后,本文利用Qt应用程序开发框架编写软件,实现以上算法,利用图形用户界面(GUI)可以方便快捷地读取并显示STL模型,然后根据需求获取机器人抛光路径点信息,利用V-REP仿真软件建立机器人仿真环境,验证从软件中获取得到的抛光路径点信息的有效性。
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