一种自由曲面铺丝轨迹设计方法与流程

本发明属于碳纤维复合材料自动化成型领域，涉及一种自由曲面铺丝轨迹设计方法。

背景技术：

复合材料自动铺丝技术是最近发展起来的先进复合材料自动成型技术之一，是在缠绕技术和自动铺带技术基础上综合各自优点发展起来的。在铺丝实施之前，需要先进行轨迹设计，再控制机器人等自动铺丝设备依据轨迹进行作业。目前已有的各种固定角度规划方法在具体算法上不尽相同，但按实现方式概括可分2种：（1）解析法。对于能够方程表达的曲面，可推导函数进行规划；（2）二次开发法。基于商用cad软件进行编程开发，将算法集成于cad环境，但这两种方法均有缺陷：虽然解析法速度快、精度高、数据量小，但适用范围有限；而二次开发法能够节约软件开发时间和成本，但对cad软件依赖性太强、开发难度较大。此外，两种方法对于自由曲面铺丝轨迹的设计均较为繁琐，且适用范围有限。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明公开了一种自由曲面铺丝轨迹设计方法。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种自由曲面铺丝轨迹设计方法，包括如下步骤：

步骤1，将自由曲面四周向外自由延伸扩大至类四边形边界，取一个四边形的投影将原曲面包括在内；

步骤2，以四面型的投影为边界，截取内部曲面，作为轨迹设计的曲面；

步骤3，完成曲面覆盖性铺丝轨迹设计；

步骤4，获取原自由曲面的边界；

步骤5，用自由曲面边界截取覆盖性轨迹，将边界外的多余部分轨迹去除，留存下的轨迹即是自由曲面覆盖性轨迹。

进一步的，当自由曲面内部含有孔时，在获取该自由曲面边界时，去除孔内轨迹。

进一步的，所述步骤3中铺丝轨迹设计利用铺丝轨迹规划算法实现。

进一步的，所述铺丝轨迹规划算法为固定角或测地线算法。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：

本发明基于网格化曲面进行轨迹规划，能够实现曲面上任意位置的铺丝轨迹设计，适用范围广，不受曲面形状、类型限制；且降低轨迹规划难度，运算效率高；技术人员可针对算法特点，开发独立的轨迹规划软件，开发成本低且易于算法改进和版本升级。

附图说明

图1为本发明提供的自由曲面铺丝轨迹设计示意图，其中最内层为要铺放区域，最外层为外扩后区域，中间层为轨迹规划区域。

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

本发明提供的自由曲面铺丝轨迹设计方法，包括如下步骤：

步骤1，图1中最内层即为要铺放的工件区域，其形状为自由曲面，自由曲面的边界是自由边界，将曲面四周向外自由延伸扩大至类似四边形边界，即扩大到取一个四边形的投影可以将原曲面包括在内的状态，如图1中最外层区域。

步骤2，以图1中间层四面型的投影为边界，截取内部曲面，作为轨迹设计的曲面。

步骤3，在步骤2截取后得到的曲面内利用铺丝轨迹规划算法完成曲面覆盖性铺丝轨迹设计。该算法可采用现有技术中公开的规划算法（固定角、测地线等）。

步骤4，获取原自由曲面的边界。

步骤5，用自由曲面边界（即图1中最内层边界）截取覆盖性轨迹，将边界外的多余部分轨迹去除，仅留取自由曲面边界内部轨迹，留存的即是自由曲面覆盖性轨迹，从而完成自由曲面（绿色区域）的轨迹设计。

进一步的，当自由曲面内部含有孔时，在获取该自由曲面边界时，孔信息属于曲面边界，孔内轨迹也需要去除。

基于上述方法得到的轨迹，可将轨迹分配给机器人进行铺丝。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和修正，这些改进和修正也视为本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种自由曲面铺丝轨迹设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，将自由曲面四周向外自由延伸扩大至类四边形边界，取一个四边形的投影将原曲面包括在内；

步骤2，以四面型的投影为边界，截取内部曲面，作为轨迹设计的曲面；

步骤3，完成曲面覆盖性铺丝轨迹设计；

步骤4，获取原自由曲面的边界；

步骤5，用自由曲面边界截取覆盖性轨迹，将边界外的多余部分轨迹去除，留存下的轨迹即是自由曲面覆盖性轨迹。

2.根据权利要求1所述的自由曲面铺丝轨迹设计方法，其特征在于：当自由曲面内部含有孔时，在获取该自由曲面边界时，去除孔内轨迹。

3.根据权利要求1所述的自由曲面铺丝轨迹设计方法，其特征在于：所述步骤3中铺丝轨迹设计利用铺丝轨迹规划算法实现。

4.根据权利要求3所述的自由曲面铺丝轨迹设计方法，其特征在于：所述铺丝轨迹规划算法为固定角或测地线算法。

技术总结
本发明公开了一种自由曲面铺丝轨迹设计方法，包括：将曲面四周向外自由延伸扩大至类四边形边界，取一个四边形的投影将原曲面包括在内；以四面型的投影为边界，截取内部曲面作为轨迹设计的曲面；采用公开的轨迹设计算法完成曲面覆盖性铺丝轨迹设计；获取原自由曲面的边界；用自由曲面边界截取覆盖性轨迹，将边界外的多余部分轨迹去除，获得自由曲面覆盖性轨迹。本发明基于网格化曲面进行轨迹规划，适用范围广，不受曲面形状、类型限制；且降低轨迹规划难度，运算效率高。

技术研发人员：胡文婷
受保护的技术使用者：南京康德复合材料有限公司
技术研发日：2019.07.17
技术公布日：2019.11.15