机器人产品加工目标路径优化设计研究.pdf

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1、第５期（总第２０４期）机械工程与自动化No．５２０１７年１０月MECHANICAL_ENGINEERING_&_AUTOMATIONOct．文章编号：１６７２‐６４１３（２０１７）０５‐００５５‐０３机器人产品加工目标路径优化设计研究史世铭，杨煜俊（广东工业大学机电工程学院，广东_广州_５１０００６）摘要：针对在线示教产生的工具路径不能满足复杂目标路径要求这一问题，研究了基于STL模型切片算法生成机器人工具路径的优化设计问题。通过SolidWork建模软件生成加工表面的STL文件；然后生成每个切片层的三角面片分组数组；推导出分组数组中的三角面片与切平面的交点组坐标

2、以及走向；最后利用平衡二叉树寻找每个切片层中各个有向交点组连接关系，得到满足连续的交点组集合。使用Python２.７在Ana‐conda２环境中进行仿真，仿真结果表明：该优化设计可以生成满足复杂目标路径精度要求的机器人工具路径。关键词：工具路径；STL模型切片；离线编程系统；目标路径；优化中图分类号：TP３９１.７___文献标识码：A0_引言提出一种新的快速STL切片算法，利用平衡二叉树搜在不少的应用领域中，机器人直接参与对工件的索在这些杂乱无章的交点组集合中进行优化生成适用加工制造，除了机器人自身的定位精度与重复精度外，于机器人运行的工具路径。假设某个切片层有n

3、个有机器人工具路径的精度也直接影响到零件的加工精向交点组，而平衡二叉树搜索算法的时间复杂度可以度。目前在国内工业机器人应用案例中大量采取在线达到O（lgn）。示教编程的方式得到机器人的工具路径，但在线示教生成目标路径系统总体设计思路如图１所示。编程产生的工具路径的精度完全靠示教者的经验和目测决定，工件的加工精度不高，对于复杂路径难以取得令人满意的示教效果。而离线编程是利用计算机图形学建立机器人本体以及工作环境的三维模型，从三维模型中提取数据，然后间接生成机器人的运动轨迹，完成复杂运动轨迹规划。为了获得精度更高的运动轨图１_生成目标路径系统模型迹，对基于离线编程技术

4、生成机器人轨迹的研究是有2_STL模型切片算法重要意义的。２．１_对三角面片进行分类的算法本文提出利用在快速原型系统中广泛应用的首先根据每个三角面片的Z坐标值确定其最先STL模型进行快速切片处理，生成一系列型值点组。出现在那一层切片层，把所有首次被相同切片层切片1_生成目标路径系统原理的三角面片放在同一层分类数组中，建立首切分类数AutoCAD、SolidWork等建模软件都支持STL格组T。然后通过实际相切三角面片表的上一层Ai－１式文件，可以将原有工件的CAD模型直接转换为以及当前的Ti与当前的切片平面高度Ci的位置关系STL模型。STL格式文件是由若干个包含

5、顶点坐标生成当前的Ai。和外法向量的三角形网络单元面片（以下简称三角面整个STL模型的Z坐标的所有顶点的最小值与片）离散地逼近三维实体CAD模型。最大值分别为Zmin和Zmax，而且Zmin＝０。若值Zmin≠机器人加工路径是由一系列等距平行曲线构成０，则通过平移变换使Zmin＝０。假设切片层数为m，切的，对模型进行等距分层切片以获得机器人路径上的片层的厚度为Z＝Zmax／m。一系列型值点，但是需要在重新连接这些交点组集合某三角面片在Z轴坐标的最小值、中间值和最大形成完整连续的工具路径上耗费大量时间。因此本文值分别为Zmin、Zmid和Zmax。令i＝int（Zm

6、in／Z），收稿日期：２０１７‐０２‐１５；修订日期：２０１７‐０７‐１６作者简介：史世铭（１９９１‐），男，广东湛江人，在读硕士研究生，研究方向：机器人技术。·５６·机械工程与自动化_______________２０１７年第５期_Zmin≥i×Z。Δ该三角面片与第i切片层的位置关系如Ci－z２x＝（x１－x２）＋x２图２所示。z１－z２Ci－z２．（２）y＝（y１－y２）＋y２z１－z２z＝Ci对有向交点组定义成以下数据结构：Group｛P１＃交点组的起点坐标P２＃交点组的终点坐标j＃交点组本身的序号intLast＃与该交点组起点相连的序号intNext＃与该交

7、点组终点相连的序号｝图２_三角面片与切片平面的位置关系２．２．２_确定交点组走向判断该三角面片是否满足Zmax＞（i＋１）×Z，是由于Δ需要确定交点组的首尾相连关系，可以根据则将该三角面片记入首切分类数组的Ti＋１中，否则将几何学上的约定，判断交点组的走向，即确定有向交点该三角面片抛弃。组的起点与终点。令某个三角面片对应的交点组的起将首切分类数组的第一层Ti中的所有三角面片点与终点分别为P０、P１，令该交点组的走向D为添加到实际相切三角面片表的第一层A１中，此时切P０P１，如图５所示。片平面高度为C１；然后将A１中的全部三角面片添加到下一层A２中，并将切平面高度增

8、加到C２＝