本發(fā)明涉及汽車生產(chǎn)加工，尤其涉及一種基于定點導(dǎo)航技術(shù)的汽車零件加工機(jī)械手及控制方法。

背景技術(shù)：

1、汽車零件加工是汽車制造過程中一個至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，通常涉及將各種原材料加工成滿足汽車設(shè)計和性能要求的零件，這些零件可分為發(fā)動機(jī)、傳動系統(tǒng)、車身、懸掛系統(tǒng)或制動系統(tǒng)等多個類別。汽車零件加工是一個復(fù)雜而精細(xì)的過程，隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，汽車零件加工技術(shù)也在不斷進(jìn)步和創(chuàng)新。目前汽車零件加工主流的設(shè)備依然是機(jī)械手加工，機(jī)械手可顯著提高加工速度和生產(chǎn)效率、縮短加工周期時間以及減少人為干預(yù)誤差，確保加工精度可控性。但現(xiàn)有的汽車零件加工機(jī)械手對不同復(fù)雜度的異形面加工控制仍然存在較大的控制偏差，且加工點位的選擇定位準(zhǔn)度較低，導(dǎo)致在定點導(dǎo)航技術(shù)加持下機(jī)械手操控汽車零件在加工機(jī)構(gòu)上加工時會出現(xiàn)異形面的過度加工、遺漏或者缺失等現(xiàn)象，這使得汽車零件異形面的加工效果難以滿足預(yù)期要求，同時負(fù)優(yōu)化了定點導(dǎo)航技術(shù)的加工路線決策性能，降低了汽車零件加工精準(zhǔn)度和效率。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于定點導(dǎo)航技術(shù)的汽車零件加工機(jī)械手及控制方法。

2、為達(dá)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

3、本發(fā)明第一方面提供了一種基于定點導(dǎo)航技術(shù)的汽車零件加工機(jī)械手控制方法，包括以下步驟：

4、s102：獲取汽車零件的全局激光點云數(shù)據(jù)，通過稀疏計算所述全局激光點云數(shù)據(jù)的法向量偏差，得到異形點云，基于所述異形點云的光滑性學(xué)習(xí)約束構(gòu)建異形場，生成汽車零件的光滑異形場模型；

5、s104：獲取汽車零件的指定加工區(qū)域及其加工范圍，提取光滑異形場模型中各指定加工區(qū)域的若干低頻稀疏子帶信號，利用加工范圍對低頻稀疏子帶信號進(jìn)行函數(shù)切分與vc維度的歸納分析，生成汽車零件的異形加工面檢測結(jié)果；

6、s106：若汽車零件的異形加工面檢測結(jié)果為尋常異形加工區(qū)域，則獲取尋常異形加工區(qū)域的未加工立體模型相較于理想立體模型的待冗余模型區(qū)域塊，根據(jù)第一預(yù)設(shè)加工形狀的既定加工工藝映射所述待冗余模型區(qū)域塊，得到區(qū)域邊界映射矩陣，基于區(qū)域邊界映射矩陣構(gòu)建voronoi圖并引入定點導(dǎo)航技術(shù)規(guī)劃控制路線，得到一類控制策略；

7、s108：若汽車零件的異形加工面檢測結(jié)果為非尋常異形加工區(qū)域，則均值漂移聚類出非尋常異形加工區(qū)域的易觸樣條區(qū)域，建立必要加工機(jī)構(gòu)對于易觸樣條區(qū)域的最佳工況空間領(lǐng)域，通過定點導(dǎo)航技術(shù)結(jié)合分析最佳工況空間領(lǐng)域與易觸樣條區(qū)域的冗余空間領(lǐng)域的覆蓋狀況以規(guī)劃控制路線，得到二類控制策略。

8、更具體地，所述s102步驟，具體包括以下步驟：

9、獲取機(jī)械手的規(guī)定加工任務(wù)區(qū)域，通過激光掃描儀對當(dāng)前規(guī)定加工任務(wù)區(qū)域內(nèi)的汽車零件進(jìn)行掃描，以獲取汽車零件的全局激光點云數(shù)據(jù)；

10、構(gòu)建稀疏圖，在稀疏圖中擬合拓?fù)渌鋈旨す恻c云數(shù)據(jù)，生成汽車零件的稀疏拓?fù)錁?gòu)圖，基于稀疏拓?fù)錁?gòu)圖捕捉提取汽車零件的法向量稀疏節(jié)點；

11、獲取各個法向量稀疏節(jié)點的相鄰法向量值并預(yù)設(shè)異形法向量臨界偏差，若相鄰法向量值之間的法向量偏差大于異形法向量臨界偏差，則標(biāo)定該相鄰法向量值對應(yīng)的點云為異形點云；

12、獲取汽車零件的全局激光點云數(shù)據(jù)中包含的所有異形點云，基于全局激光點云構(gòu)建鄰域無向關(guān)聯(lián)空間，定義所有異形點云為鄰域圖節(jié)點映射至鄰域無向關(guān)聯(lián)空間中，以生成異形點云鄰域無向圖；

13、引入gibbs分布法，在gibbs分布法中估計各個異形點云之間的條件概率，得到異形點云的聯(lián)合概率分布，根據(jù)聯(lián)合概率分布確定每個異形點云的勢函數(shù)；

14、基于勢函數(shù)在異形點云鄰域無向圖中獲取各異形點云之間的節(jié)點成對項，基于所述節(jié)點成對項預(yù)設(shè)光滑性約束閾值，最大后驗估計學(xué)習(xí)每個異形點云的數(shù)據(jù)，輸出學(xué)習(xí)過程中各節(jié)點成對項對應(yīng)異形點云之間的光滑指數(shù)；

15、依據(jù)勢函數(shù)在學(xué)習(xí)過程中約束各節(jié)點成對項對應(yīng)異形點云之間的光滑指數(shù)，直至光滑指數(shù)符合光滑性約束閾值為止，重復(fù)上述約束步驟遍歷學(xué)習(xí)所有異形點云的數(shù)據(jù)并建模，最終生成汽車零件的光滑異形場模型。

16、更具體地，所述s104步驟，具體包括以下步驟：

17、獲取汽車零件的加工要求，根據(jù)所述加工要求獲取汽車零件的指定加工區(qū)域以及各指定加工區(qū)域的加工范圍，基于指定加工區(qū)域?qū)⒐饣愋螆瞿Ｐ蛣澐譃槿舾蓚€子模型樣本點集；

18、獲取機(jī)械手的加工日志，通過加工日志提取激光掃描儀對于汽車零件處在光滑異形場模型狀態(tài)下每個子模型樣本點集所掃描出的若干激光信號，定義為光滑激光信號；

19、引入小波變換算法，基于光滑異形場模型在小波變換算法中預(yù)設(shè)小波基函數(shù)，在小波變換算法中將每個子模型樣本點集的若干光滑激光信號分解為n個子帶信號；

20、根據(jù)小波基函數(shù)構(gòu)建低通濾波器，利用低通濾波器對每個子帶信號進(jìn)行濾波稀疏分解處理，以衰減高頻信號，直至達(dá)到預(yù)設(shè)稀疏分解層數(shù)，得到每個子模型樣本點集的若干低頻稀疏子帶信號；

21、預(yù)設(shè)期望劃分函數(shù)區(qū)間，依據(jù)所述加工范圍決策多個劃分函數(shù)準(zhǔn)則，基于各個劃分函數(shù)準(zhǔn)則逐一對每個子模型樣本點集進(jìn)行切分，得到多個結(jié)果劃分函數(shù)；

22、當(dāng)期望劃分函數(shù)區(qū)間涵蓋有一個及以上的結(jié)果劃分函數(shù)時，此時歸納添加該結(jié)果劃分函數(shù)，得到劃分函數(shù)歸納添加量，根據(jù)所述劃分函數(shù)歸納添加量確定出每個子模型樣本點集的vc維度值，生成汽車零件的異形加工面檢測結(jié)果；

23、若vc維度值小于預(yù)設(shè)vc維度值，則標(biāo)定子模型樣本點集對應(yīng)的指定加工區(qū)域為尋常異形加工區(qū)域；

24、若vc維度值大于預(yù)設(shè)vc維度值，則標(biāo)定該子模型樣本點集對應(yīng)的指定加工區(qū)域為非尋常異形加工區(qū)域。

25、更具體地，所述s106步驟，具體包括以下步驟：

26、若汽車零件的異形加工面檢測結(jié)果顯示指定加工區(qū)域為尋常異形加工區(qū)域，則通過加工要求獲取汽車零件中各個尋常異形加工區(qū)域的預(yù)設(shè)加工形狀，定義為第一預(yù)設(shè)加工形狀，以及獲取第一預(yù)設(shè)加工形狀的既定加工工藝；

27、獲取尋常異形加工區(qū)域的加工設(shè)計圖稿，通過solidworks設(shè)計軟件按照所述加工設(shè)計圖稿構(gòu)建尋常異形加工區(qū)域的理想立體模型，同時建立汽車零件中尋常異形加工區(qū)域的未加工立體模型；

28、剝離出尋常異形加工區(qū)域中理想立體模型與未加工立體模型之間不重疊的模型區(qū)域，標(biāo)記為待冗余模型區(qū)域塊，此時識別獲取理想立體模型的模型邊界點，定義為第一模型邊界點，以及識別獲取未加工立體模型的模型邊界點，定義為第二模型邊界點；

29、以既定加工工藝為映射規(guī)范，基于映射規(guī)范將所述第二模型邊界點映射至第一模型邊界點上，直至待冗余模型區(qū)域塊完全涵蓋映射的邊界點，生成待冗余模型區(qū)域塊的區(qū)域邊界映射矩陣；

30、獲取既定加工工藝處理所述區(qū)域邊界面矩陣時的歷史難度系數(shù)，基于歷史難度系數(shù)與區(qū)域邊界映射矩陣構(gòu)建尋常異形加工區(qū)域的voronoi圖，通過定點導(dǎo)航技術(shù)分析所述voronoi圖以規(guī)劃機(jī)械手的加工控制路線，得到一類控制策略。

31、更具體地，所述s106步驟中，所述獲取既定加工工藝處理所述區(qū)域邊界面矩陣時的歷史難度系數(shù)，基于歷史難度系數(shù)與區(qū)域邊界映射矩陣構(gòu)建尋常異形加工區(qū)域的voronoi圖，通過定點導(dǎo)航技術(shù)分析所述voronoi圖以規(guī)劃機(jī)械手的加工控制路線，得到一類控制策略，具體包括以下步驟：

32、基于大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)獲取尋常異形加工區(qū)域相關(guān)聯(lián)的多個歷史加工案例，通過多個歷史加工案例對vc維度值以及既定加工工藝進(jìn)行綜合識別，以辨識既定加工工藝處理所述區(qū)域邊界面矩陣時的歷史難度系數(shù)；

33、根據(jù)區(qū)域邊界映射矩陣將尋常異形加工區(qū)域分割為若干子區(qū)域，基于歷史難度系數(shù)生成每個子區(qū)域的加工種子點集，并將每兩個加工種子點之間的組合形成一系列中垂線，根據(jù)所述一系列中垂線確定子區(qū)域的voronoi鄰邊以及各voronoi鄰邊的交點；

34、依據(jù)子區(qū)域的voronoi鄰邊與各voronoi鄰邊的交點構(gòu)建尋常異形加工區(qū)域的voronoi圖，獲取voronoi圖中的每一加工種子點與待冗余模型區(qū)域塊的每個邊界點之間的點距離分布格局；

35、基于區(qū)域邊界映射矩陣預(yù)設(shè)最大服務(wù)距離閾值，若voronoi圖中加工種子點相較于待冗余模型區(qū)域塊的邊界點之間的點距離大于最大服務(wù)距離閾值，則剔除或者忽略該加工種子點；

36、若voronoi圖中加工種子點相較于待冗余模型區(qū)域塊的邊界點之間的點距離小于最大服務(wù)距離閾值，則保留該加工種子點并標(biāo)記為最優(yōu)加工種子點，集結(jié)所有最優(yōu)加工種子點構(gòu)建尋常異形加工區(qū)域的最優(yōu)加工種子點網(wǎng)絡(luò)；

37、引入定點導(dǎo)航技術(shù)，通過定點導(dǎo)航技術(shù)對尋常異形加工區(qū)域的最優(yōu)加工種子點網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行加工路線規(guī)劃，生成尋常異形加工區(qū)域的定點導(dǎo)航加工路線，基于所述定點導(dǎo)航加工路線控制機(jī)械手對尋常異形加工區(qū)域進(jìn)行控制加工，得到一類控制策略。

38、更具體地，所述s108步驟，具體包括以下步驟：

39、若汽車零件的異形加工面檢測結(jié)果顯示指定加工區(qū)域為非尋常異形加工區(qū)域，則通過加工要求獲取汽車零件中非尋常異形加工區(qū)域的預(yù)設(shè)加工形狀，定義為第二預(yù)設(shè)加工形狀；

40、構(gòu)建非尋常異形加工區(qū)域的樣條模型，基于非尋常異形加工區(qū)域的vc維度值設(shè)定高斯核函數(shù)與核函數(shù)帶寬范圍，計算樣條模型中每一樣條在核函數(shù)帶寬范圍內(nèi)的均值漂移向量；

41、引入均值漂移聚類算法將樣條模型中每一樣條沿著對應(yīng)均值漂移向量移動，獲取當(dāng)前移動距離值，若當(dāng)前移動距離值小于預(yù)設(shè)移動距離值，則停止移動并在當(dāng)前移動位置生成聚類簇，得到vc維度值-樣條聚類結(jié)果；

42、通過vc維度值-樣條聚類結(jié)果獲取非尋常異形加工區(qū)域的樣條模型存在vc維度值大于預(yù)設(shè)vc維度值的樣條區(qū)域，標(biāo)記為易觸樣條區(qū)域，將易觸樣條區(qū)域的樣條轉(zhuǎn)化為張量樣條，獲取張量樣條的張力控制點陣列；

43、獲取汽車零件的必要加工機(jī)構(gòu)，通過加工日志提取必要加工機(jī)構(gòu)加工所述張力控制點陣列的最佳歷史工況數(shù)據(jù)，基于最佳歷史工況數(shù)據(jù)構(gòu)建必要加工機(jī)構(gòu)的最佳工況空間領(lǐng)域，以及基于第二預(yù)設(shè)加工形狀建立易觸樣條區(qū)域的冗余空間領(lǐng)域；

44、判斷最佳工況空間領(lǐng)域是否完全覆蓋冗余空間領(lǐng)域，若未完全覆蓋，則獲取最佳工況空間領(lǐng)域與冗余空間領(lǐng)域之間的未覆蓋空間領(lǐng)域體積，根據(jù)未覆蓋空間領(lǐng)域體積調(diào)整非尋常異形加工區(qū)域的加工矢量，調(diào)整完成后，以定位出加工矢量的第一批次異形加工點位；

45、若已完全覆蓋亦或者完全覆蓋后存在外部空間領(lǐng)域的干涉，則計算外部領(lǐng)域干涉體積，基于外部領(lǐng)域干涉體積調(diào)整非尋常異形加工區(qū)域的加工矢量，定位出加工矢量的第二批次異形加工點位；

46、通過定點導(dǎo)航技術(shù)綜合分析規(guī)劃第一批次異形加工點位與第二批次異形加工點位，生成非尋常異形加工區(qū)域的定點導(dǎo)航加工路線，基于所述定點導(dǎo)航加工路線控制機(jī)械手對非尋常異形加工區(qū)域進(jìn)行控制加工，得到二類控制策略。

47、本發(fā)明第二方面提供了一種基于定點導(dǎo)航技術(shù)的汽車零件加工機(jī)械手，應(yīng)用于任一項所述的一種基于定點導(dǎo)航技術(shù)的汽車零件加工機(jī)械手控制方法，具體包括：

48、機(jī)械手機(jī)體，所述機(jī)械手機(jī)體用于控制機(jī)械手任意自由度與位置的運(yùn)輸移動；

49、機(jī)械手夾持機(jī)構(gòu)，所述機(jī)械手夾持機(jī)構(gòu)包括夾持子關(guān)節(jié)，負(fù)責(zé)夾持汽車零件至指定加工區(qū)域；

50、點云數(shù)據(jù)掃描模塊，所述點云數(shù)據(jù)掃描模塊包括激光掃描儀，用于掃描當(dāng)前規(guī)定加工任務(wù)區(qū)域內(nèi)的汽車零件；

51、低通濾波模塊，所述低通濾波模塊包括低通濾波器，負(fù)責(zé)濾波稀疏分解處理每個子帶信號，以衰減高頻信號獲取每個子模型樣本點集的低頻稀疏子帶信號；

52、定點導(dǎo)航模塊，所述定點導(dǎo)航模塊用于異型加工點位的定位并依據(jù)異形加工點位規(guī)劃尋常異形加工區(qū)域以及非尋常異形加工區(qū)域的定點導(dǎo)航加工路線。

53、本發(fā)明解決了背景技術(shù)中存在的技術(shù)缺陷，本發(fā)明的有益技術(shù)效果在于：

54、若汽車零件的異形加工面檢測結(jié)果為尋常異形加工區(qū)域，則根據(jù)第一預(yù)設(shè)加工形狀的既定加工工藝映射尋常異形加工區(qū)域的的待冗余模型區(qū)域塊，得到區(qū)域邊界映射矩陣，基于區(qū)域邊界映射矩陣構(gòu)建voronoi圖并引入定點導(dǎo)航技術(shù)規(guī)劃控制路線，得到一類控制策略；若汽車零件的異形加工面檢測結(jié)果為非尋常異形加工區(qū)域，則均值漂移聚類出易觸樣條區(qū)域，建立必要加工機(jī)構(gòu)對于易觸樣條區(qū)域的最佳工況空間領(lǐng)域，通過定點導(dǎo)航技術(shù)分析最佳工況空間領(lǐng)域與冗余空間領(lǐng)域的覆蓋狀況以規(guī)劃控制路線，得到二類控制策略。本發(fā)明能夠基于定點導(dǎo)航技術(shù)支持下精準(zhǔn)控制機(jī)械手針對于汽車零件上不同類型的異形加工面的加工路徑，從而避免異形面的加工誤差導(dǎo)致返工率增加，提高汽車零件的加工精度質(zhì)量。