[發明專利]一種超聲檢測中機械手防碰撞方法

有效

• 申請號: 201711176411.6
• 申請日: 2017-11-22
• 公開（公告）號: CN107907593B
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 李雄兵;王炫潤;倪培君;張榮繁
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04;G01N29/265
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 歐陽迪奇

1.一種超聲檢測中機械手防碰撞方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一，建立用于超聲檢測的機械手各個關節的連桿坐標系，并建立相鄰2個連桿坐標系之間的變換矩陣；

步驟二，根據相鄰2個連桿坐標系之間的變換矩陣與機械手自身的連桿參數和關節變量，建立超聲檢測機械手的運動學方程；

步驟三，將檢測系統中的設備分為靜止體和碰撞體兩類，并確定靜止體的符號距離場，在碰撞體運動過程中，本方法采用的離散碰撞檢測以時間步長Δt為間隔，對碰撞體模型與符號距離場進行碰撞檢測；碰撞體上的點根據機械手運動學方程求解，將碰撞體上的點變換到符號距離場坐標系下的坐標點，通過搜索符號距離場確定變換后的坐標點與靜止體的最短歐氏距離，并與安全閾值比較，根據比較結果確定是否執行相應的碰撞策略；

所述的步驟三中，在計算碰撞體運動過程中，以機械手碰撞體上的點在當前時刻以相應速率運動，并結合當前時刻的符號距離場值D(p)，計算下一時刻的近似符號距離場值，令機械手最大運動速率為v_max，取d(t_i)'＝d(t_i-1)-γ×Δt×v_max，其中γ為估計系數，當比較值δ＝d(t_i)'-σ滿足δ＞0，其中σ為安全閾值，則機械手碰撞體上的點不與靜止體發生碰撞，然后令近似距離場值d(t_i)'作為t_i時刻的距離場值d(t_i)，即d(t_i)＝d(t_i)'，繼續進行再下一時刻的計算；否則，根據離散距離場檢測進一步檢測下一時刻準確的距離場值。

2.根據權利要求1所述的一種超聲檢測中機械手防碰撞方法，其特征在于，所述的步驟一中，相鄰的兩個連桿坐標系{i-1}和{i}之間的變換矩陣為：

其中，i＝1,2,...,6，l_i、α_i、d_i和θ_i分別為連桿坐標系{i}中的連桿長度、連桿扭角、連桿偏距和關節變量角，Rot(Z_i-1,θ_i)表示繞連桿坐標系{i-1}中的Z軸旋轉θ_i角度的旋轉矩陣，Rot(X_i,α_i)表示繞連桿坐標系{i}中的X軸旋轉α_i角度的旋轉矩陣，Trans(0,0,d_i)表示沿著X軸運動0距離，沿Y軸運動0距離，沿Z軸運動d_i距離的平移矩陣，Trans(l_i,0,0)表示沿著X軸運動l_i距離，沿Y軸運動0距離，沿Z軸運動0距離的平移矩陣。

3.根據權利要求2所述的一種超聲檢測中機械手防碰撞方法，其特征在于，所述的步驟二中，機械手的運動學方程為：

其中，

其中θ_j為連桿坐標系{j}中的關節變量角，j＝0,1,2,...,6。

4.根據權利要求1所述的一種超聲檢測中機械手防碰撞方法，其特征在于，所述的步驟三中，靜止體的符號距離場通過下式表達：

D:

其中，p表示三維空間中的點，q表示靜止體上的點，S表示閉合曲面即靜止體的表面，表示三維空間，表示一維標量，sgn(p)表示當p在閉合曲面內部時取-1，在閉合曲面外面時取1，min{|p-q|}表示求出點p到閉合曲面s的最短距離。