[發明專利]一種機械臂碰撞檢測方法

有效

• 申請號: 202010892066.1
• 申請日: 2020-08-28
• 公開（公告）號: CN112179602B
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 陳鋼;李俊杰;曾曉旭;王一帆;邵文
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: G01M7/08
• 分類號: G01M7/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明實施例提供了一種機械臂碰撞檢測方法，包括：利用表面柵格化技術分別對虛擬仿真場景模型和機械臂模型進行預處理，獲得相應的點云文件；利用八叉樹分割技術對所得點云文件分別進行空間分割，以確定每個點云所處的子空間位置，得到點云文件的八叉樹空間；利用球包圍盒和方向包圍盒對所得八叉樹空間進行層次包裹，得到混合包圍盒樹；利用深度優先搜索算法和雙向廣度搜索算法，設計機械臂單一構型碰撞檢測算法，并基于機械臂單一構型碰撞檢測算法那，得到機械臂單一構型碰撞檢測結果；利用機械臂運動特性和動態規劃算法，設計機械臂連續運動碰撞檢測算法，并基于機械臂連續運動碰撞檢測算法，得到機械臂連續運動時碰撞檢測結果。根據本發明實施例提供的技術方案，可實現更高效和準確的機械臂碰撞檢測方法。

【技術領域】

本發明涉及機械臂運動仿真領域，屬于虛擬仿真場景中機械臂碰撞檢測方法。

【背景技術】

21世紀以來，機器人技術被認為是對未來新興產業發展具有重要意義的高新技術之一，國內外產業界對機器人技術研究給予極大的重視。由于機械臂的應用環境往往很復雜，提前對機械臂的運動進行仿真，能最大程度減少機械臂與環境碰撞或自身碰撞的情況發生。因此國內外學者對碰撞檢測算法展開了大量研究，該類算法的主要任務是及時檢測虛擬仿真環境中的物體是否發生了接觸，并且能在虛擬仿真系統中提示發生接觸的具體物體模型信息。由此可見，碰撞檢測算法是機械臂運動仿真領域不可或缺的一個部分。

現有用于機械臂運動仿真中的碰撞檢測算法種類較多，空間分割法和包圍盒技術是現階段應用較為廣泛的算法，但是當仿真場景龐大且仿真對象較多時，構造場景的基本幾何元素總數也會增加，僅使用單一的碰撞檢測方法將很難同時滿足檢測的準確性和實時性。

【發明內容】

有鑒于此，本發明提供了一種機械臂碰撞檢測方法，以提高機械臂運動仿真中碰撞檢測算法的準確性和實時性。

本發明實施例提供了一種機械臂碰撞檢測方法，包括：

利用表面柵格化技術分別對虛擬仿真場景模型和機械臂模型進行預處理，獲得虛擬仿真場景模型對應的點云文件和機械臂模型對應的點云文件；

利用八叉樹分割技術對所得點云文件分別進行空間分割，以確定每個點云所處的子空間位置，得到點云文件的八叉樹空間；

利用球包圍盒和方向包圍盒對所得八叉樹空間進行層次包裹，得到混合包圍盒樹；

利用深度優先搜索算法和雙向廣度搜索算法，設計機械臂單一構型碰撞檢測算法，并基于機械臂單一構型碰撞檢測算法，得到機械臂單一構型碰撞檢測結果；

利用機械臂運動特性和動態規劃算法，設計機械臂連續運動碰撞檢測算法，并基于機械臂連續運動碰撞檢測算法，得到機械臂連續運動時碰撞檢測結果。

上述方法中，所述利用表面柵格化技術分別對虛擬仿真場景模型和機械臂模型進行預處理，包括：

利用OSG三維引擎的線段求交方法及預設的掃描精度，對虛擬仿真場景模型的表面進行散點采樣，得到虛擬仿真場景模型對應的散點的點云文件。

利用OSG三維引擎的線段求交方法及預設的掃描精度，對機械臂模型的表面進行散點采樣，得到機械臂模型對應的散點的點云文件。

上述方法中，所述利用八叉樹分割技術對所得點云文件分別進行空間分割，已確定每個點云所處的子空間位置，得到點云文件的八叉樹空間之前，還包括：

判斷待分割空間的點云數量是否小于第一指定數量；

如果空間內點云數量小于第一指定數量，不再對該空間進行分割；

如果空間內點云數量不小于第一指定數量，執行利用八叉樹分割技術對所得點云文件分別進行空間分割的步驟。