基于動態(tài)路徑規(guī)劃的三維掃描方法研究.pdf

1、近年來，三維掃描技術(shù)成為了非接觸式測量方法的主要手段，并在工程上廣泛地應(yīng)用于逆向建模、文物修復(fù)、地理測繪等各個(gè)方面。在針對大型構(gòu)件和復(fù)雜曲面進(jìn)行掃描作業(yè)時(shí)，采用手持式三維掃描設(shè)備獲取三維數(shù)據(jù)的方案成為主流選擇，但一些危險(xiǎn)性較高的工作場景不允許操作人員現(xiàn)場測量，成為了制約三維掃描發(fā)展的重要因素。
　　機(jī)器人與三維掃描技術(shù)的結(jié)合使對被測物體表面的自動掃描成為了可能，與此同時(shí)，其具有的安全性高、可重復(fù)性強(qiáng)等優(yōu)勢滿足了自動化制造的需要。基

2、于動態(tài)路徑規(guī)劃的三維掃描方法的提出為“機(jī)器人+三維掃描”提供了可行的方案。該三維掃描方法主要設(shè)計(jì)了“三維初步掃掠、人機(jī)協(xié)同建模、二次精細(xì)掃描動態(tài)路徑規(guī)劃及掃描方案實(shí)現(xiàn)”的方案路線，獲取并分析了被測物體的表面輪廓和形貌，針對三維信息缺失區(qū)域自動規(guī)劃了掃描點(diǎn)位和路徑，并對掃描效率和掃描質(zhì)量進(jìn)行了評價(jià)。
　　以工業(yè)機(jī)器人作為運(yùn)動平臺搭建了三維掃描系統(tǒng)，對該系統(tǒng)的三維數(shù)據(jù)采集和處理方式進(jìn)行了闡述。分析并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了光照條件、被測表面顏色等掃

3、描影響因素對掃描質(zhì)量的影響程度。提出了掃描速率和掃描有效率等掃描質(zhì)量的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。以數(shù)控加工走刀方案為靈感設(shè)計(jì)了行掃法掃掠路徑，通過對比三種初步掃掠路徑方案，運(yùn)用行掃法對被測物體表面輪廓和形貌數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，為二次精細(xì)掃描動態(tài)路徑規(guī)劃提供了數(shù)據(jù)支持。闡述了掃描運(yùn)動速率和掃描路徑間隔對行掃法掃描質(zhì)量的影響，通過正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化了影響因子的參數(shù)組合。
　　在二次精細(xì)掃描動態(tài)路徑規(guī)劃過程中，首次將最小包容球這一數(shù)學(xué)概念引入三維掃描路徑規(guī)劃方案，

4、運(yùn)用最小包容球?qū)植咳S信息缺失區(qū)域進(jìn)行合理劃分，在球域內(nèi)估算掃描點(diǎn)位并自動規(guī)劃掃描路徑。闡述了基于三維掃描的最小包容球的確定方法和判定準(zhǔn)則，設(shè)計(jì)了點(diǎn)云數(shù)據(jù)的最小包容球算法，并對最小包容球的運(yùn)算效率進(jìn)行了優(yōu)化。
　　提出了三維掃描約束條件并引入可視錐概念作為掃描點(diǎn)位和路徑規(guī)劃的理論依據(jù)，運(yùn)用區(qū)域覆蓋理論對被測表面的采樣點(diǎn)數(shù)量及位置、掃描儀視點(diǎn)和掃描方向進(jìn)行了設(shè)計(jì)和計(jì)算，生成了掃描路徑并闡述了二次精細(xì)掃描的執(zhí)行方案。通過對被測物體表