[發明專利]一種空間機械臂的快速自碰撞檢測方法

在審

• 申請號: 202010323632.7
• 申請日: 2020-04-22
• 公開（公告）號: CN111546377A
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發明（設計）人: 蔣再男;梁孟德
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B25J19/00
• 分類號: B25J19/00
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 劉景祥

1.一種空間機械臂的快速自碰撞檢測方法，其特征是：包括以下步驟：

步驟1：采用球體包圍盒方法對空間機械臂進行球體包圍盒的模型包絡，并對包絡模型進行數據采集；

步驟2：根據空間機械臂實際任務給定空間機械臂所需參數；

步驟3：根據各關節角度，進行正運動學變換，得到空間機械臂新的位姿，采用兩層碰撞檢測方案實現快速自身碰撞檢測。

2.根據權利要求1所述的一種空間機械臂的快速自碰撞檢測方法，其特征是：所述步驟1具體為：

采用球體包圍盒方法對空間機械臂進行球體包圍盒的模型包絡，并對包絡模型進行數據采集和實時更新，球體包絡共分為兩層，第一層為粗略球體包絡，第二層為精細球體包絡，其中，針對空間機械臂，粗略球體包絡為最大可達空間的圓球；精細球體包絡為數個球體對粗略球體包絡中的每個元素進行包絡。

3.根據權利要求1所述的一種空間機械臂的快速自碰撞檢測方法，其特征是：所述步驟2具體為：

根據空間機械臂實際任務的需要，給定空間機械臂各桿件長度、各關節角度、末端負載狀態、基座適配器編號和肩部適配器編號信息，為空間機械臂實現快速自碰撞檢測做準備。

4.根據權利要求1所述的一種空間機械臂的快速自碰撞檢測方法，其特征是：所述步驟3具體為：

利用粗略球體包絡的第一層碰撞檢測，判斷在當前時刻空間機械臂自身是否與各部分發生碰撞，當空間機械臂自身是否與各部分發生碰撞是，則讀取發生碰撞的部件編號，利用精細球體包絡進行第二層碰撞檢測，檢測到碰撞后根據球體包絡算法，確定空間機械臂自身部件之間的最短距離，以及距離最短的部件編號。

5.根據權利要求1所述的一種空間機械臂的快速自碰撞檢測方法，其特征是：忽略關節的柔性效應，將機械臂視為剛體，采用D-H方法進行建模，根據空間機械臂的各桿件參數確定齊次變換矩陣，通過下式表示齊次變換矩陣：

其中，為齊次變換矩陣，a_i-1為各關節連桿長度，d_i為連桿偏距，θ_i為關節角，i為空間機械臂關節數，空間機械臂關節數范圍為1至7；

確定空間機械臂末端坐標系相對于基座坐標系的齊次變換矩陣，通過下式表示機械臂末端坐標系相對于基座坐標系的齊次變換矩陣為：

其中，為機械臂末端坐標系相對于基座坐標系的齊次變換矩陣，為機械臂關節1坐標系相對于基座坐標系的齊次變換矩陣，為機械臂關節2坐標系相對于關節1坐標系的齊次變換矩陣，為機械臂關節3坐標系相對于關節2坐標系的齊次變換矩陣，為機械臂關節4坐標系相對于關節3坐標系的齊次變換矩陣，為機械臂關節5坐標系相對于關節4坐標系的齊次變換矩陣，為機械臂關節6坐標系相對于關節5坐標系的齊次變換矩陣，為機械臂關節7坐標系相對于關節6坐標系的齊次變換矩陣，R_3×3為機械臂末端坐標系相對于基座坐標系的旋轉變換，P_3×1為機械臂末端坐標系相對于基座坐標系的移動變換；

根據機械臂末端坐標系相對于基座坐標系的齊次變換矩陣，在給定各個關節角度值的條件下，確定機械臂末端的位置和姿態。