基于点云切片的喷涂机器人喷枪轨迹生成与区域分割研究

区域分割是点云数据处理中的关键步骤，尤其在反求工程和CAD建模中起着至关重要的作用。当前的研究现状聚焦于不同的方法和技术，主要包括基于边的方法和基于面的方法，以及两者相结合的混合方法。 基于边的方法，如俄亥俄州立大学Huang等人在1995年的三角化方法，利用网格边的方向曲率识别边界，结合区域生长法进行分割。八叉树的三维栅格细分法由韩国光州科技研究所的Woo等人在2002年提出，它先对点云数据进行三角化和法矢估计，然后通过八叉树细化和标准偏差控制，实现边缘区域的分割。 基于面的方法则是通过分析空间点的几何特征，将相似的点划分为同一区域。这包括基于曲面法矢、曲率相似性或拟合误差控制的方法。例如，CHECHIN等人的工作结合法矢提取和区域生长法改进边界拓扑结构，RAZDAN等人则利用三角网格扩展了这一方法，而BANKO等人则提出直接分割法，利用特征曲面的几何特性动态识别区域特征，但该方法需要构建三角网格并设置多阈值，增加了用户操作的复杂性。 本研究中，孙国朋在江苏大学的硕士学位论文中，针对喷涂机器人喷枪轨迹生成，提出了基于点云切片技术的新方法。首先，通过获取工件的点云数据，然后对数据进行区域分割，将复杂曲面简化，对每个分割区域单独处理。接着，对简化后的点云模型进行切片处理，根据切片数据的方向确定喷枪的喷涂路径。法矢量的估算和偏置计算帮助确定机器人喷枪到达各采样点的距离，从而生成完整的喷枪运动轨迹。作者还构建了喷枪轨迹生成的原型系统，并通过实际应用验证了该方法的有效性。 这项研究不仅提升了喷涂机器人离线编程的效率和精度，也展示了点云数据处理在工业自动化中的重要应用，特别是在提高喷涂质量和保障工作环境安全方面的潜力。通过结合区域分割技术和点云处理，未来有望在更广泛的领域看到此类方法的优化和发展。