扫地机器人外壳的非接触测量与三维重构开题报告

1. 研究目的与意义

扫地机器人的出现可谓极大的减轻了人们的日常家务劳动，但扫地机器人外壳是注塑件，其制造质量将直接影响该零件的顺利装配，同时，该零件外形复杂，很难采用传统方法对其进行几何测量。为解决该外壳的精确测量及建模，研究采用非接触三维扫描的复杂曲面外形逆向工程造型方法，通过光学扫描仪获取机器人外壳表面的点云数据,并利用imageware或geomagic等软件对测量数据进行处理，基于曲面重构理论对机器人外壳外形造进行重构，并将其与产品实际数模进行比对，获取产品的几何误差。与传统的测量方法相比，该方法提高了工作效率及测量精度，在新产品开发过程中能大大缩短开发周期。 随着3d模型的使用快速成长与模具制作对时间、造型与精度要求的日益严格，过去传统利用正向cad系统来进行模具制作，已经不是唯一的处理方式。

近年来逆向工程(reverseengineering)处理技术逐渐成熟，透过逆向工程之运用可使得模具开发时程缩短并且增加模具制作精度，因此各类模具厂皆积极导入逆向工程之技术。逆向工程应用范围越来越广泛，汽机车工业、航天工业、制鞋工业、消费性电子产品，甚至在休闲娱乐方面也可发现它的踪迹，比如运用到动画，娱乐界等。另外在医学科技，如人工关节等模型建立，也有其应用价值。

逆向工程始于20世纪80年代初期，美国3m公司、uvp公司以及日本名古屋工业研究所等开始的对逆向工程技术和设备的研究开发。到目前美国在国内已经建立了集测量、设计、快速成型、数控加工于一体的逆向工程中心，在英国、德国、法国、日本、韩国、台湾等许多国家和地区已有商品化的逆向工程设备和系统软件相机投入使用。而我国对逆向工程技术的研究起步较晚，主要局限于一些大学和科研院所，并严重滞后生产实际，与国外如火如荼的研究热相比明显相形见绌。

2. 国内外研究现状分析

逆向工程始于20世纪80年代初期，美国3m公司、uvp公司以及日本名古屋工业研究所等开始的对逆向工程技术和设备的研究开发。到目前美国在国内已经建立了集测量、设计、快速成型、数控加工于一体的逆向工程中心，在英国、德国、法国、日本、韩国、台湾等许多国家和地区已有商品化的逆向工程设备和系统软件相机投入使用。而我国对逆向工程技术的研究起步较晚，主要局限于一些大学和科研院所，并严重滞后生产实际，与国外如火如荼的研究热相比明显相形见绌。在生产制造业中，传统的从设计到制造、产品从无到有的生产工程已不再是必由之路。采用逆向工程技术，可以直接在国内外已有的先进产品基础上进行性能分析、设计模型反求、在设计优化制造。这样，不仅可以更好地消化和吸收国外先进技术，赶超发达国家，扩大在世界经济市场的占有份额，而且可以打破西方国家对我国进行的技术封锁，从而研制出更先进的产品，以提高我国的综合国力。

逆向工程技术为产品的改进设计提供了方便、快捷的工具，它借助于先进的技术开发手段，在已有产品基础上设计新产品，缩短开发周期，可以使企业适应小批量、多品种的生产要求，从而使企业在激烈的市场竞争中处于有利的地位。随着科学技术的高速发展，科技成果的应用已成为推动生产力发展和社会进步的重要手段，而市场全球化使国家、企业面临的竞争日趋激烈，如何更快、更好的发展科技和经济，世界各国都在研究对策：充分利用别国的科技成就加以消化吸收与创新，进而发展自己的技术，已成为世界各国普遍运用的方法和手段。逆向工程技术的应用对我国企业缩短与发达国家的差距具有特别重要的意义。

快速成型技术( 简称rp) 是20 世纪末发展起来的一项先进制造技术, 是在现代cad/ cam、激光、cnc、精密伺服驱动以及新材料等技术的基础上集成发展起来的。快速成型根据计算机上构造的三维模型, 能在很短时间内直接制造出产品样品, 是制造业企业新产品开发服务的一项重要技术。逆向工程与快速成型制造技术相结合将从根本上改变传统产品的开发设计和制造模式。解决了一些复杂形体的三维建模和难以加工出实物模型等问题,实现了产品的快速复制。在目前制造策略以市场响应速度为第一方针的 状况下,极大缩短了市场开发周期,降低了开发成本,明显提高企业的竞争力。 综述与本课题相关领域的研究现状、发展趋势、研究方法及应用领域等

3. 研究的基本内容与计划

本课题从实际工程应用中提取，涉及机械、逆向工程和cad/cam等知识，综合应用机电一体化知识,熟悉某型机器人外壳的结构，掌握三维扫描仪器的操作，包括仪器标定、扫描、拼接等； 掌握geomagic软件，对扫描获得的点云数据进行处理，包括曲面建模和实体重构，将扫描获得的点云数据与设计实体进行比对，获取零件的形位误差的大小。

课题计划安排：

（1）第1周-第2周 熟悉设计课题，查阅资料，填写开题报告

4. 研究创新点

通过对国内外研究现状的分析,本论文将在前人研究的基础上，参与导师和研究生学长学姐的课题研究，掌握课题研究方法及经验，熟悉并掌握有关逆向工程的运用。