Spiral Complete Coverage Path Planning Based on Conformal Slit Mapping in Multi-connected Domains

要約

複数接続されたドメイン内で滑らかで短いスパイラルの完全なカバレッジ パスを生成することは、ロボット キャビティ加工における重要な研究分野です。
多重接続ドメインにおける従来のスパイラル パス計画方法には、サブ領域分割手順が含まれます。
変形した螺旋パスが各サブ領域内に組み込まれ、サブ領域内のこれらのパスはブリッジで相互接続されます。
豊富なボイドと不規則な境界を持つ複雑なドメインでは、サブ領域の境界が追加されるため、パス回避の要件が増加します。
これにより過剰なブリッジングが発生し、サブ領域を完全にカバーするには、より長い不均一密度スパイラルが必要になります。
等角スリットマッピングはサブ領域分割なしで多重接続領域を規則的なディスクまたは環状に変換できることを考慮して,本論文は等角スリットマッピングによる新しいスパイラル完全カバレッジ経路計画法を提案する。
まず,コーナーを有するセグメント化された3次スプライン境界に対するスリットマッピング計算手法を提案する。
次に,隣接する等角スリットマッピング等パラメータ間の最大内接円半径に基づいて螺旋経路間隔制御法を開発した。
最後に、等パラメータをオフセットすることによってスパイラル パスが導出されます。
提案された方法の複雑さと適用可能性は、さまざまな境界シナリオにわたって包括的に分析されます。
一方、新しい方法と従来のスパイラル完全カバレージパス方法を比較するために、2つのキャビティミリング実験が行われました。
比較により、新しいパスはキャビティ加工を完全にカバーするという要件を満たしながら、パス長と加工時間をそれぞれ 12.70% と 12.34% 削減できることがわかります。

要約(オリジナル)

Generating a smooth and shorter spiral complete coverage path in a multi-connected domain is an important research area in robotic cavity machining. Traditional spiral path planning methods in multi-connected domains involve a subregion division procedure; a deformed spiral path is incorporated within each subregion, and these paths within the subregions are interconnected with bridges. In intricate domains with abundant voids and irregular boundaries, the added subregion boundaries increase the path avoidance requirements. This results in excessive bridging and necessitates longer uneven-density spirals to achieve complete subregion coverage. Considering that conformal slit mapping can transform multi-connected regions into regular disks or annuluses without subregion division, this paper presents a novel spiral complete coverage path planning method by conformal slit mapping. Firstly, a slit mapping calculation technique is proposed for segmented cubic spline boundaries with corners. Then, a spiral path spacing control method is developed based on the maximum inscribed circle radius between adjacent conformal slit mapping iso-parameters. Lastly, the spiral path is derived by offsetting iso-parameters. The complexity and applicability of the proposed method are comprehensively analyzed across various boundary scenarios. Meanwhile, two cavities milling experiments are conducted to compare the new method with conventional spiral complete coverage path methods. The comparation indicate that the new path meets the requirement for complete coverage in cavity machining while reducing path length and machining time by 12.70% and 12.34%, respectively.

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