[發明專利]基于包圍盒算法的高精度機械臂碰撞檢測方法

有效

• 申請號: 202010214757.6
• 申請日: 2020-03-24
• 公開（公告）號: CN111251335B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 牛軍浩;戴冰;李玉虎;李智;許川佩;朱愛軍
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: B25J19/00
• 分類號: B25J19/00
• 代理公司: 桂林文必達專利代理事務所(特殊普通合伙) 45134
• 代理人: 張學平

本發明公開了一種基于包圍盒算法的高精度機械臂碰撞檢測方法，首先對機械臂自身進行碰撞測試，在無互相接觸時，對所述機械臂和工件進行建模以及模型簡化，并根據得到的機械臂和工件的包圍盒進行相交測試，當包圍盒相交時，獲取所述機械臂和工件的包圍盒相交的兩個交點和所述交點形成的矩形重疊區域，并在所述矩形重疊區域內連接所述交點，計算得到線段解，并當所述線段解無效時，根據獲取的參考邊進行工件識別并確定旋轉射線，基于不同的工件的幾何形狀，判斷所述旋轉射線與所述線段解是否發生接觸，進而進行所述旋轉射線的合并和迭代，得到多超平面解，完成所述機械臂和所述工件的相交包圍盒的分離，提高檢測精度，降低檢測誤差。

技術領域

本發明涉及數據處理技術領域，尤其涉及一種基于包圍盒算法的高精度機械臂碰撞檢測方法。

背景技術

在工業機械臂運動過程中，為了確保工件以及機械臂自身在運動中的安全性，避免碰撞是必要條件，否則易導致機械臂損壞和工件表面劃傷，并可能對工作人員的安全構成威脅，因此碰撞檢測是機械臂在避障運動規劃中的重要內容。

碰撞檢測問題的本質是求物體之間的最短距離，在距離小于或等于零時則認為物體之間接觸或發生碰撞，所以計算空間中物體的距離是必要的。而多數情況下物體形狀不規則，目前的解決方案主要包括空間分解法(Space Partitioning)包圍盒法(BoundingVolume)和層次包圍盒法(Bounding Volume Hierarchy)，其中層次包圍盒法在復雜環境的碰撞檢測效果顯著，更適用于機械臂的碰撞檢測問題。

包圍盒的基本思想是通過簡化復雜物體輪廓，用一個簡單的立體幾何將物體包裹住，轉化為不同包圍盒之間距離的計算，從而達到碰撞檢測的目的，常見的包圍盒軸向包圍盒(Axis-Aligned Bounding Boxes:AABB)、有向包圍盒(Oriented Bounding Box:OBB)、離散方向多面體(Discrete Orientation Polytopes:k-DOP)等。雖然利用包圍盒簡化物體輪廓，但是檢測精度不能保證。目前的包圍盒碰撞檢測技術存在檢測精度不高的情況，特別在形狀不規則物體之間的檢測存在誤差較大的情況。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于包圍盒算法的高精度機械臂碰撞檢測方法，提高檢測精度，降低檢測誤差。

為實現上述目的，本發明提供了一種基于包圍盒算法的高精度機械臂碰撞檢測方法，包括：

獲取機械臂和工件的包圍盒，并進行相交測試；

獲取所述機械臂和工件的包圍盒相交的交點和重疊區域，得到線段解；

根據獲取的參考邊進行工件識別并確定旋轉射線；

將所述旋轉射線進行合并和迭代，完成包圍盒的分離。

其中，所述在獲取機械臂和工件的包圍盒，并進行相交測試前，所述方法還包括：

按照設定測試要求對機械臂自身進行碰撞測試，若所述機械臂連桿有互相接觸，則結束碰撞檢測，若無互相接觸，則進行機械臂與工件的相交檢測。

其中，所述獲取機械臂和工件的包圍盒，并進行相交測試，包括：

分別對所述機械臂和工件進行建模以及模型簡化，并根據計算得到的機械臂和工件的包圍盒進行相交測試，若不相交則結束檢測，若相交則計算出線段解。

其中，獲取所述機械臂和工件的包圍盒相交的交點和重疊區域，得到線段解，包括：

獲取所述機械臂和工件的包圍盒相交的兩個交點和所述交點形成的矩形重疊區域，并在所述矩形重疊區域內連接所述交點，計算得到線段解。

其中，獲取所述機械臂和工件的包圍盒相交的交點和重疊區域，得到線段解，還包括：