[發(fā)明專利]一種超聲檢測(cè)中機(jī)械手防碰撞方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711176411.6
• 申請(qǐng)日: 2017-11-22
• 公開（公告）號(hào): CN107907593B
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李雄兵;王炫潤(rùn);倪培君;張榮繁
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N29/04
• 分類號(hào): G01N29/04;G01N29/265
• 代理公司: 長(zhǎng)沙市融智專利事務(wù)所(普通合伙) 43114
• 代理人: 歐陽迪奇

本發(fā)明公開了一種超聲檢測(cè)中機(jī)械手防碰撞方法。首先將超聲檢測(cè)系統(tǒng)分為碰撞體和靜止體，并引入基于距離場(chǎng)的碰撞檢測(cè)算法，結(jié)合檢測(cè)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，在超聲自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)的虛擬環(huán)境中進(jìn)行碰撞檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了鎂合金彈殼檢測(cè)過程中對(duì)系統(tǒng)的防碰撞監(jiān)測(cè)。通過對(duì)比不同掃描參數(shù)的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，分析靜止體與碰撞體最短距離的變化規(guī)律，實(shí)現(xiàn)鎂合金彈殼的超聲檢測(cè)工藝優(yōu)化。將近似距離場(chǎng)的改進(jìn)算法與傳統(tǒng)方法進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明改進(jìn)算法對(duì)碰撞檢測(cè)效率的提升了80.62％，可滿足鎂合金殼體超聲檢測(cè)防碰撞的效率要求，且在關(guān)鍵位置可保證與傳統(tǒng)距離場(chǎng)檢測(cè)算法相同的精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)械手運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域，特別涉及一種超聲檢測(cè)中機(jī)械手防碰撞方法。

背景技術(shù)

鎂合金因其比重輕、比強(qiáng)度和比剛度高、切削加工性好、耐腐蝕等優(yōu)越性能，在航空航天及軍工領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，如運(yùn)載火箭、導(dǎo)彈殼體等。但在擠壓和鍛造等工藝過程中難免產(chǎn)生夾雜、孔洞等缺陷，直接影響材料的強(qiáng)度及性能。因此，有效的檢測(cè)出鎂合金內(nèi)部缺陷對(duì)保證其安全可靠性非常重要。

超聲無損檢測(cè)具有檢測(cè)靈敏度高、檢測(cè)深度大、缺陷定位準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，可有效實(shí)現(xiàn)鎂合金彈殼的缺陷檢測(cè)，然而新型鎂合金彈殼具有規(guī)格多、型面復(fù)雜、變曲率、變壁厚、批量大等特點(diǎn)，常用的龍門式超聲自動(dòng)掃查系統(tǒng)難以滿足其高柔性的技術(shù)要求。而基于機(jī)械手的超聲自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)具有柔性高、靈活性強(qiáng)及重復(fù)定位精度高等優(yōu)點(diǎn)，是滿足如上需求的理想途徑。但由于彈殼型面的復(fù)雜性以及機(jī)械手路徑自動(dòng)優(yōu)化算法等因素影響，導(dǎo)致關(guān)節(jié)變量存在不確定性，使機(jī)械手與工件、夾具或水槽等設(shè)備間存在碰撞的隱患，為了防止此類碰撞損傷，研究一種精確、實(shí)時(shí)的防碰撞策略是保證超聲檢測(cè)系統(tǒng)安全性和有效性的重要前提。

目前，機(jī)械手的碰撞檢測(cè)主要分為基于外部傳感器的硬件方法和基于幾何模型的軟件方法。Lu等在機(jī)械手終端加裝力傳感器，通過碰撞力實(shí)現(xiàn)碰撞檢測(cè)，這種方法只適應(yīng)于如拾取、磨削等已碰撞的檢測(cè)；陳琳等提出動(dòng)態(tài)包圍體層次樹算法，采用2叉樹、K-D樹、BSP’s等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)加速碰撞檢測(cè)，該軟件方法在光線追蹤和實(shí)時(shí)渲染領(lǐng)域使用廣泛，但難以滿足超聲檢測(cè)高實(shí)時(shí)性的要求；Martínez-Salvador B等提出采用非均勻廣義圓柱體表示模型，該方法能夠處理任意形狀的物體，但檢測(cè)精度較低，在超聲檢測(cè)中采用較小水聲距等情況下容易發(fā)生誤檢。因此，有必要研究一種高效、精確的防碰撞方法。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決目前機(jī)械手運(yùn)動(dòng)碰撞檢測(cè)方法性能不足的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種高效、精確的超聲檢測(cè)中機(jī)械手防碰撞方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是，

一種超聲檢測(cè)中機(jī)械手防碰撞方法，包括以下步驟：

步驟一，建立用于超聲檢測(cè)的機(jī)械手各個(gè)關(guān)節(jié)的連桿坐標(biāo)系，并建立相鄰2個(gè)連桿坐標(biāo)系之間的變換矩陣；

步驟二，根據(jù)相鄰2個(gè)連桿坐標(biāo)系之間的變換矩陣與機(jī)械手自身的連桿參數(shù)和關(guān)節(jié)變量，建立超聲檢測(cè)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程；

步驟三，將檢測(cè)系統(tǒng)中的設(shè)備分為靜止體和碰撞體兩類，并確定靜止體的符號(hào)距離場(chǎng)，在碰撞體運(yùn)動(dòng)過程中，本方法采用的離散碰撞檢測(cè)以時(shí)間步長(zhǎng)為間隔，對(duì)碰撞體模型與符號(hào)距離場(chǎng)進(jìn)行碰撞檢測(cè)；碰撞體上的點(diǎn)根據(jù)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)方程求解，將碰撞體上的點(diǎn)變換到符號(hào)距離場(chǎng)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)點(diǎn)，通過搜索符號(hào)距離場(chǎng)確定變換后的坐標(biāo)點(diǎn)與靜止體的最短歐氏距離，并與安全閾值比較，根據(jù)比較結(jié)果確定是否執(zhí)行相應(yīng)的碰撞策略。

所述的一種超聲檢測(cè)中機(jī)械手防碰撞方法，所述的步驟一中，相鄰的兩個(gè)連桿坐標(biāo)系{i-1}和{i}之間的變換矩陣為：