一种基于定点导航技术的汽车零件加工机械手及控制方法与流程

本发明涉及汽车生产加工，尤其涉及一种基于定点导航技术的汽车零件加工机械手及控制方法。

背景技术：

1、汽车零件加工是汽车制造过程中一个至关重要的环节，通常涉及将各种原材料加工成满足汽车设计和性能要求的零件，这些零件可分为发动机、传动系统、车身、悬挂系统或制动系统等多个类别。汽车零件加工是一个复杂而精细的过程，随着汽车工业的不断发展，汽车零件加工技术也在不断进步和创新。目前汽车零件加工主流的设备依然是机械手加工，机械手可显著提高加工速度和生产效率、缩短加工周期时间以及减少人为干预误差，确保加工精度可控性。但现有的汽车零件加工机械手对不同复杂度的异形面加工控制仍然存在较大的控制偏差，且加工点位的选择定位准度较低，导致在定点导航技术加持下机械手操控汽车零件在加工机构上加工时会出现异形面的过度加工、遗漏或者缺失等现象，这使得汽车零件异形面的加工效果难以满足预期要求，同时负优化了定点导航技术的加工路线决策性能，降低了汽车零件加工精准度和效率。

技术实现思路

1、本发明克服了现有技术的不足，提供了一种基于定点导航技术的汽车零件加工机械手及控制方法。

2、为达上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、本发明第一方面提供了一种基于定点导航技术的汽车零件加工机械手控制方法，包括以下步骤：

4、s102：获取汽车零件的全局激光点云数据，通过稀疏计算所述全局激光点云数据的法向量偏差，得到异形点云，基于所述异形点云的光滑性学习约束构建异形场，生成汽车零件的光滑异形场模型；

5、s104：获取汽车零件的指定加工区域及其加工范围，提取光滑异形场模型中各指定加工区域的若干低频稀疏子带信号，利用加工范围对低频稀疏子带信号进行函数切分与vc维度的归纳分析，生成汽车零件的异形加工面检测结果；

6、s106：若汽车零件的异形加工面检测结果为寻常异形加工区域，则获取寻常异形加工区域的未加工立体模型相较于理想立体模型的待冗余模型区域块，根据第一预设加工形状的既定加工工艺映射所述待冗余模型区域块，得到区域边界映射矩阵，基于区域边界映射矩阵构建voronoi图并引入定点导航技术规划控制路线，得到一类控制策略；

7、s108：若汽车零件的异形加工面检测结果为非寻常异形加工区域，则均值漂移聚类出非寻常异形加工区域的易触样条区域，建立必要加工机构对于易触样条区域的最佳工况空间领域，通过定点导航技术结合分析最佳工况空间领域与易触样条区域的冗余空间领域的覆盖状况以规划控制路线，得到二类控制策略。

8、更具体地，所述s102步骤，具体包括以下步骤：

9、获取机械手的规定加工任务区域，通过激光扫描仪对当前规定加工任务区域内的汽车零件进行扫描，以获取汽车零件的全局激光点云数据；

10、构建稀疏图，在稀疏图中拟合拓扑所述全局激光点云数据，生成汽车零件的稀疏拓扑构图，基于稀疏拓扑构图捕捉提取汽车零件的法向量稀疏节点；

11、获取各个法向量稀疏节点的相邻法向量值并预设异形法向量临界偏差，若相邻法向量值之间的法向量偏差大于异形法向量临界偏差，则标定该相邻法向量值对应的点云为异形点云；

12、获取汽车零件的全局激光点云数据中包含的所有异形点云，基于全局激光点云构建邻域无向关联空间，定义所有异形点云为邻域图节点映射至邻域无向关联空间中，以生成异形点云邻域无向图；

13、引入gibbs分布法，在gibbs分布法中估计各个异形点云之间的条件概率，得到异形点云的联合概率分布，根据联合概率分布确定每个异形点云的势函数；

14、基于势函数在异形点云邻域无向图中获取各异形点云之间的节点成对项，基于所述节点成对项预设光滑性约束阈值，最大后验估计学习每个异形点云的数据，输出学习过程中各节点成对项对应异形点云之间的光滑指数；

15、依据势函数在学习过程中约束各节点成对项对应异形点云之间的光滑指数，直至光滑指数符合光滑性约束阈值为止，重复上述约束步骤遍历学习所有异形点云的数据并建模，最终生成汽车零件的光滑异形场模型。

16、更具体地，所述s104步骤，具体包括以下步骤：

17、获取汽车零件的加工要求，根据所述加工要求获取汽车零件的指定加工区域以及各指定加工区域的加工范围，基于指定加工区域将光滑异形场模型划分为若干个子模型样本点集；

18、获取机械手的加工日志，通过加工日志提取激光扫描仪对于汽车零件处在光滑异形场模型状态下每个子模型样本点集所扫描出的若干激光信号，定义为光滑激光信号；

19、引入小波变换算法，基于光滑异形场模型在小波变换算法中预设小波基函数，在小波变换算法中将每个子模型样本点集的若干光滑激光信号分解为n个子带信号；

20、根据小波基函数构建低通滤波器，利用低通滤波器对每个子带信号进行滤波稀疏分解处理，以衰减高频信号，直至达到预设稀疏分解层数，得到每个子模型样本点集的若干低频稀疏子带信号；

21、预设期望划分函数区间，依据所述加工范围决策多个划分函数准则，基于各个划分函数准则逐一对每个子模型样本点集进行切分，得到多个结果划分函数；

22、当期望划分函数区间涵盖有一个及以上的结果划分函数时，此时归纳添加该结果划分函数，得到划分函数归纳添加量，根据所述划分函数归纳添加量确定出每个子模型样本点集的vc维度值，生成汽车零件的异形加工面检测结果；

23、若vc维度值小于预设vc维度值，则标定子模型样本点集对应的指定加工区域为寻常异形加工区域；

24、若vc维度值大于预设vc维度值，则标定该子模型样本点集对应的指定加工区域为非寻常异形加工区域。

25、更具体地，所述s106步骤，具体包括以下步骤：

26、若汽车零件的异形加工面检测结果显示指定加工区域为寻常异形加工区域，则通过加工要求获取汽车零件中各个寻常异形加工区域的预设加工形状，定义为第一预设加工形状，以及获取第一预设加工形状的既定加工工艺；

27、获取寻常异形加工区域的加工设计图稿，通过solidworks设计软件按照所述加工设计图稿构建寻常异形加工区域的理想立体模型，同时建立汽车零件中寻常异形加工区域的未加工立体模型；

28、剥离出寻常异形加工区域中理想立体模型与未加工立体模型之间不重叠的模型区域，标记为待冗余模型区域块，此时识别获取理想立体模型的模型边界点，定义为第一模型边界点，以及识别获取未加工立体模型的模型边界点，定义为第二模型边界点；

29、以既定加工工艺为映射规范，基于映射规范将所述第二模型边界点映射至第一模型边界点上，直至待冗余模型区域块完全涵盖映射的边界点，生成待冗余模型区域块的区域边界映射矩阵；

30、获取既定加工工艺处理所述区域边界面矩阵时的历史难度系数，基于历史难度系数与区域边界映射矩阵构建寻常异形加工区域的voronoi图，通过定点导航技术分析所述voronoi图以规划机械手的加工控制路线，得到一类控制策略。

31、更具体地，所述s106步骤中，所述获取既定加工工艺处理所述区域边界面矩阵时的历史难度系数，基于历史难度系数与区域边界映射矩阵构建寻常异形加工区域的voronoi图，通过定点导航技术分析所述voronoi图以规划机械手的加工控制路线，得到一类控制策略，具体包括以下步骤：

32、基于大数据网络获取寻常异形加工区域相关联的多个历史加工案例，通过多个历史加工案例对vc维度值以及既定加工工艺进行综合识别，以辨识既定加工工艺处理所述区域边界面矩阵时的历史难度系数；

33、根据区域边界映射矩阵将寻常异形加工区域分割为若干子区域，基于历史难度系数生成每个子区域的加工种子点集，并将每两个加工种子点之间的组合形成一系列中垂线，根据所述一系列中垂线确定子区域的voronoi邻边以及各voronoi邻边的交点；

34、依据子区域的voronoi邻边与各voronoi邻边的交点构建寻常异形加工区域的voronoi图，获取voronoi图中的每一加工种子点与待冗余模型区域块的每个边界点之间的点距离分布格局；

35、基于区域边界映射矩阵预设最大服务距离阈值，若voronoi图中加工种子点相较于待冗余模型区域块的边界点之间的点距离大于最大服务距离阈值，则剔除或者忽略该加工种子点；

36、若voronoi图中加工种子点相较于待冗余模型区域块的边界点之间的点距离小于最大服务距离阈值，则保留该加工种子点并标记为最优加工种子点，集结所有最优加工种子点构建寻常异形加工区域的最优加工种子点网络；

37、引入定点导航技术，通过定点导航技术对寻常异形加工区域的最优加工种子点网络进行加工路线规划，生成寻常异形加工区域的定点导航加工路线，基于所述定点导航加工路线控制机械手对寻常异形加工区域进行控制加工，得到一类控制策略。

38、更具体地，所述s108步骤，具体包括以下步骤：

39、若汽车零件的异形加工面检测结果显示指定加工区域为非寻常异形加工区域，则通过加工要求获取汽车零件中非寻常异形加工区域的预设加工形状，定义为第二预设加工形状；

40、构建非寻常异形加工区域的样条模型，基于非寻常异形加工区域的vc维度值设定高斯核函数与核函数带宽范围，计算样条模型中每一样条在核函数带宽范围内的均值漂移向量；

41、引入均值漂移聚类算法将样条模型中每一样条沿着对应均值漂移向量移动，获取当前移动距离值，若当前移动距离值小于预设移动距离值，则停止移动并在当前移动位置生成聚类簇，得到vc维度值-样条聚类结果；

42、通过vc维度值-样条聚类结果获取非寻常异形加工区域的样条模型存在vc维度值大于预设vc维度值的样条区域，标记为易触样条区域，将易触样条区域的样条转化为张量样条，获取张量样条的张力控制点阵列；

43、获取汽车零件的必要加工机构，通过加工日志提取必要加工机构加工所述张力控制点阵列的最佳历史工况数据，基于最佳历史工况数据构建必要加工机构的最佳工况空间领域，以及基于第二预设加工形状建立易触样条区域的冗余空间领域；

44、判断最佳工况空间领域是否完全覆盖冗余空间领域，若未完全覆盖，则获取最佳工况空间领域与冗余空间领域之间的未覆盖空间领域体积，根据未覆盖空间领域体积调整非寻常异形加工区域的加工矢量，调整完成后，以定位出加工矢量的第一批次异形加工点位；

45、若已完全覆盖亦或者完全覆盖后存在外部空间领域的干涉，则计算外部领域干涉体积，基于外部领域干涉体积调整非寻常异形加工区域的加工矢量，定位出加工矢量的第二批次异形加工点位；

46、通过定点导航技术综合分析规划第一批次异形加工点位与第二批次异形加工点位，生成非寻常异形加工区域的定点导航加工路线，基于所述定点导航加工路线控制机械手对非寻常异形加工区域进行控制加工，得到二类控制策略。

47、本发明第二方面提供了一种基于定点导航技术的汽车零件加工机械手，应用于任一项所述的一种基于定点导航技术的汽车零件加工机械手控制方法，具体包括：

48、机械手机体，所述机械手机体用于控制机械手任意自由度与位置的运输移动；

49、机械手夹持机构，所述机械手夹持机构包括夹持子关节，负责夹持汽车零件至指定加工区域；

50、点云数据扫描模块，所述点云数据扫描模块包括激光扫描仪，用于扫描当前规定加工任务区域内的汽车零件；

51、低通滤波模块，所述低通滤波模块包括低通滤波器，负责滤波稀疏分解处理每个子带信号，以衰减高频信号获取每个子模型样本点集的低频稀疏子带信号；

52、定点导航模块，所述定点导航模块用于异型加工点位的定位并依据异形加工点位规划寻常异形加工区域以及非寻常异形加工区域的定点导航加工路线。

53、本发明解决了背景技术中存在的技术缺陷，本发明的有益技术效果在于：

54、若汽车零件的异形加工面检测结果为寻常异形加工区域，则根据第一预设加工形状的既定加工工艺映射寻常异形加工区域的的待冗余模型区域块，得到区域边界映射矩阵，基于区域边界映射矩阵构建voronoi图并引入定点导航技术规划控制路线，得到一类控制策略；若汽车零件的异形加工面检测结果为非寻常异形加工区域，则均值漂移聚类出易触样条区域，建立必要加工机构对于易触样条区域的最佳工况空间领域，通过定点导航技术分析最佳工况空间领域与冗余空间领域的覆盖状况以规划控制路线，得到二类控制策略。本发明能够基于定点导航技术支持下精准控制机械手针对于汽车零件上不同类型的异形加工面的加工路径，从而避免异形面的加工误差导致返工率增加，提高汽车零件的加工精度质量。