基于包围盒算法的高精度机械臂碰撞检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于包围盒算法的高精度机械臂碰撞检测方法，首先对机械臂自身进行碰撞测试，在无互相接触时，对所述机械臂和工件进行建模以及模型简化，并根据得到的机械臂和工件的包围盒进行相交测试，当包围盒相交时，获取所述机械臂和工件的包围盒相交的两个交点和所述交点形成的矩形重叠区域，并在所述矩形重叠区域内连接所述交点，计算得到线段解，并当所述线段解无效时，根据获取的参考边进行工件识别并确定旋转射线，基于不同的工件的几何形状，判断所述旋转射线与所述线段解是否发生接触，进而进行所述旋转射线的合并和迭代，得到多超平面解，完成所述机械臂和所述工件的相交包围盒的分离，提高检测精度，降低检测误差。

Collision detection method of high precision manipulator based on bounding box algorithm

【技术实现步骤摘要】
基于包围盒算法的高精度机械臂碰撞检测方法
本专利技术涉及数据处理
，尤其涉及一种基于包围盒算法的高精度机械臂碰撞检测方法。
技术介绍
在工业机械臂运动过程中，为了确保工件以及机械臂自身在运动中的安全性，避免碰撞是必要条件，否则易导致机械臂损坏和工件表面划伤，并可能对工作人员的安全构成威胁，因此碰撞检测是机械臂在避障运动规划中的重要内容。碰撞检测问题的本质是求物体之间的最短距离，在距离小于或等于零时则认为物体之间接触或发生碰撞，所以计算空间中物体的距离是必要的。而多数情况下物体形状不规则，目前的解决方案主要包括空间分解法(SpacePartitioning)包围盒法(BoundingVolume)和层次包围盒法(BoundingVolumeHierarchy)，其中层次包围盒法在复杂环境的碰撞检测效果显著，更适用于机械臂的碰撞检测问题。包围盒的基本思想是通过简化复杂物体轮廓，用一个简单的立体几何将物体包裹住，转化为不同包围盒之间距离的计算，从而达到碰撞检测的目的，常见的包围盒轴向包围盒(Axis-AlignedBoundingBoxes:AABB)、有向包围盒(OrientedBoundingBox:OBB)、离散方向多面体(DiscreteOrientationPolytopes:k-DOP)等。虽然利用包围盒简化物体轮廓，但是检测精度不能保证。目前的包围盒碰撞检测技术存在检测精度不高的情况，特别在形状不规则物体之间的检测存在误差较大的情况。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于包围盒算法的高精度机械臂碰撞检测方法，提高检测精度，降低检测误差。为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于包围盒算法的高精度机械臂碰撞检测方法，包括：获取机械臂和工件的包围盒，并进行相交测试；获取所述机械臂和工件的包围盒相交的交点和重叠区域，得到线段解；根据获取的参考边进行工件识别并确定旋转射线；将所述旋转射线进行合并和迭代，完成包围盒的分离。其中，所述在获取机械臂和工件的包围盒，并进行相交测试前，所述方法还包括：按照设定测试要求对机械臂自身进行碰撞测试，若所述机械臂连杆有互相接触，则结束碰撞检测，若无互相接触，则进行机械臂与工件的相交检测。其中，所述获取机械臂和工件的包围盒，并进行相交测试，包括：分别对所述机械臂和工件进行建模以及模型简化，并根据计算得到的机械臂和工件的包围盒进行相交测试，若不相交则结束检测，若相交则计算出线段解。其中，获取所述机械臂和工件的包围盒相交的交点和重叠区域，得到线段解，包括：获取所述机械臂和工件的包围盒相交的两个交点和所述交点形成的矩形重叠区域，并在所述矩形重叠区域内连接所述交点，计算得到线段解。其中，获取所述机械臂和工件的包围盒相交的交点和重叠区域，得到线段解，还包括：将基于设定条件得到起点和终点进行连接产生超平面，若产生的所述超平面与所述机械臂和所述工件均不相交，则得到唯一线段解，若产生的所述超平面与所述机械臂和所述工件任意一个相交，则得到的所述线段解无效。其中，所述根据获取的参考边进行工件识别并确定旋转射线，包括：根据获取的参考边得到识别物体的交点序列组成的第一射线，同时得到与所述交点序列依次相交的第一物体和第二物体，并在所述矩形重叠区域内，由所述起点处进行投射或按照设定角度进行旋转，得到第一条与所述第一物体不相交的第二射线，所述第二射线为旋转射线。其中，将所述旋转射线进行合并和迭代，完成包围盒的分离，包括：基于不同的工件的几何形状，判断所述旋转射线与所述线段解是否发生接触，进而进行所述旋转射线的合并和迭代，得到多超平面解，完成所述机械臂和所述工件的相交包围盒的分离。其中，判断所述旋转射线与所述线段解是否发生接触，进而进行所述旋转射线的合并和迭代，包括：若所述旋转射线位于前一个所述起点和目前所述起点之间，且是所述线段解的一部分，则重新获得所述线段解并确定所述旋转射线，然后搜索每个新的所述线段解，直到当前的所述起点和所述终点重合，并进行所述旋转射线的合并；若所述旋转射线与所述线段解发生接触，则终止当前线段的搜索，无法分离包围盒；若所述旋转射线与所述第一物体相交，且相交线不在所述矩形重叠区域的任何边上，则构建一个与原所述参考边平行并经过所述起点的新参考边，并将所述第一物体和所述第二物体的位置互相交换，反转所述旋转射线的方向，进行旋转射线的迭代。其中，在反转所述旋转射线的方向，进行旋转射线的迭代中，所述方法还包括：若在反转时未找到所述旋转射线，则将所述第一射线代替所述旋转射线，并纳入多超平面解中，并保持所述参考边在下一次迭代中保持不变；若所述旋转射线与所述矩形重叠区域相交，则将相交边替换为所述参考边，然后进行所述旋转射线的迭代。本专利技术的一种基于包围盒算法的高精度机械臂碰撞检测方法，按照设定测试要求对机械臂自身进行碰撞测试，在无互相接触时，分别对所述机械臂和工件进行建模以及模型简化，并根据计算得到的机械臂和工件的包围盒进行相交测试，当包围盒相交时，获取所述机械臂和工件的包围盒相交的两个交点和所述交点形成的矩形重叠区域，并在所述矩形重叠区域内连接所述交点，计算得到线段解，并当所述线段解无效时，根据获取的参考边进行工件识别并确定旋转射线，基于不同的工件的几何形状，判断所述旋转射线与所述线段解是否发生接触，进而进行所述旋转射线的合并和迭代，得到多超平面解，完成所述机械臂和所述工件的相交包围盒的分离，提高检测精度，降低检测误差。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术提供的一种基于包围盒算法的高精度机械臂碰撞检测方法的步骤示意图。图2是本专利技术提供的矩形重叠区域的划分示意图。图3是本专利技术提供的线段解的确认示意图。图4是本专利技术提供的区分有无线段解的包围盒示意图。图5是本专利技术提供的分离包围盒的示意图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。请参阅图1，本专利技术提供一种基于包围盒算法的高精度机械臂碰撞检测方法，包括：S101、获取机械臂和工件的包围盒，并进行相交测试。具体的，首先，按照设定测试要求对机械臂自身进行碰撞测试，若所述机械臂连杆有互相接触，则结束碰撞检测，若无互相接触，则进行机械臂与工件的相交检测，在机械臂避障研究中，首先需要分别对机械臂和障碍物进行建模以及模型简化，分别计算出机械臂和工本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于包围盒算法的高精度机械臂碰撞检测方法，其特征在于，包括：/n获取机械臂和工件的包围盒，并进行相交测试；/n获取所述机械臂和工件的包围盒相交的交点和重叠区域，得到线段解；/n根据获取的参考边进行工件识别并确定旋转射线；/n将所述旋转射线进行合并和迭代，完成包围盒的分离。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于包围盒算法的高精度机械臂碰撞检测方法，其特征在于，包括：
获取机械臂和工件的包围盒，并进行相交测试；
获取所述机械臂和工件的包围盒相交的交点和重叠区域，得到线段解；
根据获取的参考边进行工件识别并确定旋转射线；
将所述旋转射线进行合并和迭代，完成包围盒的分离。


2.如权利要求1所述的一种基于包围盒算法的高精度机械臂碰撞检测方法，其特征在于，所述在获取机械臂和工件的包围盒，并进行相交测试前，所述方法还包括：
按照设定测试要求对机械臂自身进行碰撞测试，若所述机械臂连杆有互相接触，则结束碰撞检测，若无互相接触，则进行机械臂与工件的相交检测。


3.如权利要求2所述的一种基于包围盒算法的高精度机械臂碰撞检测方法，其特征在于，所述获取机械臂和工件的包围盒，并进行相交测试，包括：
分别对所述机械臂和工件进行建模以及模型简化，并根据计算得到的机械臂和工件的包围盒进行相交测试，若不相交则结束检测，若相交则计算出线段解。


4.如权利要求3所述的一种基于包围盒算法的高精度机械臂碰撞检测方法，其特征在于，获取所述机械臂和工件的包围盒相交的交点和重叠区域，得到线段解，包括：
获取所述机械臂和工件的包围盒相交的两个交点和所述交点形成的矩形重叠区域，并在所述矩形重叠区域内连接所述交点，计算得到线段解。


5.如权利要求4所述的一种基于包围盒算法的高精度机械臂碰撞检测方法，其特征在于，获取所述机械臂和工件的包围盒相交的交点和重叠区域，得到线段解，还包括：
将基于设定条件得到起点和终点进行连接产生超平面，若产生的所述超平面与所述机械臂和所述工件均不相交，则得到唯一线段解，若产生的所述超平面与所述机械臂和所述工件任意一个相交，则得到的所述线段解无效。


6.如权利要求5所述的一种基于包围盒算法的高精度机械臂碰撞检测方法，其特征在于，所述根据获取的参考边进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛军浩，戴冰，李玉虎，李智，许川佩，朱爱军，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西;45