工程车辆、机械臂与柔性管路的干涉检测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种工程车辆、机械臂与柔性管路的干涉检测方法及系统，机械臂与柔性管路的干涉检测方法包括：获取柔性管路在三维空间下的离散悬链线模型；获取机械臂的包围盒模型；判断所述包围盒模型与所述离散悬链线模型是否相交。上述机械臂与柔性管路的干涉检测方法简便快捷，且节约开发成本，可以对机械臂和柔性管路进行干涉检测，从而减少施工事故的发生，提高施工作业的效率。

【技术实现步骤摘要】
工程车辆、机械臂与柔性管路的干涉检测方法及系统
本专利技术涉及工程机械
，特别涉及一种工程车辆、机械臂与柔性管路的干涉检测方法和干涉检测系统。
技术介绍
目前，重载工程装备的机械臂多数采用液压驱动的方式，液压驱动驱动力大、调速简单且平稳，但液压驱动需要设计液压管路系统，在实际施工作业中，机械臂下悬液压管路极易与机械臂发生干涉，影响施工安全与施工效率。在工业机器人机械臂干涉检测的现有技术中，一般需加装力矩传感器或视觉系统等外部装置，以便于实现机械臂与机械臂下悬液压管路的干涉检测，然而，传感器等硬件设备的成本较高，且依据扭矩的干涉检测方法不适用于液压重载机械臂。因此，如何避免由于依据扭矩的干涉检测方法无法实现液压重载机械臂与其下悬液压管路的干涉检测，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种工程车辆、机械臂与柔性管路的干涉检测方法和干涉检测系统，可以对机械臂和柔性管路进行干涉检测，从而减少施工事故的发生，提高施工作业的效率。为实现上述目的，本专利技术提供一种机械臂与柔性管路的干涉检测方法，包括：获取柔性管路在三维空间下的离散悬链线模型；获取机械臂的包围盒模型；判断所述包围盒模型与所述离散悬链线模型是否相交。可选地，所述获取柔性管路在三维空间下的离散悬链线模型的步骤包括：获取包括机械臂与柔性管路的工程装备的俯仰角度pitch、横滚角度roll，并获取在台车坐标系下柔性管路的两个悬挂点坐标p1、p2及长度l；r>将柔性管路投影至重力竖直向上方向向量所在平面，并根据计算重力竖直向上方向向量根据计算重力水平方向向量在平面内基于二维悬挂点p′1(x，y)与p′2(x，y)计算悬链线平面方程的参数a，其中，a为悬链线顶点到横坐标轴的距离，并将悬链线离散成平面内的点，分别根据和计算得到第i个二维离散点的横坐标xi和纵坐标yi，其中，i取1-n，x0、y0为离散点的初始坐标，为悬链线每段线段的长度；根据计算得到三维离散点坐标pi，其中，i取1-n；根据所述三维离散点坐标pi创建所述离散悬链线模型。可选地，所述获取机械臂的包围盒模型的步骤，包括：创建机械臂正运动学模型；根据所述机械臂正运动学模型计算各个包围盒的变换矩阵；基于所述机械臂正运动学模型的关节坐标原点测算包围盒的几何中心坐标和长宽高参数；根据所述变换矩阵、所述几何中心坐标和所述长宽高参数创建不同机械臂几何构型的所述包围盒模型。可选地，所述判断所述包围盒模型与所述离散悬链线模型是否相交的步骤包括：设定某一分离轴；将所述离散悬链线模型中的任一线段投影于所述分离轴上并获得投影区间；在所述投影区间内获取所述线段的中心点与所述包围盒模型的中心点的有符号距离ds、所述线段在所述分离轴上的投影半径rs和所述包围盒模型在所述分离轴上的投影半径rb；判断|ds|＞rb+rs是否成立，若是，则所述包围盒模型与所述线段不相交，若否，则所述包围盒模型与所述线段相交。可选地，还包括：设置检测参数、报警检测阈值和极限检测阈值；根据所述检测参数对需检测的所述包围盒模型和所述悬链线模型进行干涉检测；根据所述报警检测阈值和所述极限检测阈值对机械臂与柔性管路进行不同预警级别的干涉检测。本专利技术还提供一种机械臂与柔性管路的干涉检测系统，包括：离散悬链线模型获取模块：用于获取柔性管路在三维空间下的离散悬链线模型；包围盒模型获取模块：用于获取机械臂的包围盒模型；判断模块：用于判断所述包围盒模型与所述离散悬链线模型是否相交。可选地，所述离散悬链线模型获取模块包括：参数获取单元：用于获取包括机械臂与柔性管路的工程装备的俯仰角度pitch、横滚角度roll，并获取在台车坐标系下柔性管路的两个悬挂点坐标p1、p2及长度l；第一计算单元：用于将柔性管路投影至重力竖直向上方向向量所在平面，根据计算重力竖直向上方向向量根据计算重力水平方向向量第二计算单元：用于在平面内基于二维悬挂点p′1(x，y)与p′2(x，y)计算悬链线平面方程的参数a，其中，a为悬链线顶点到横坐标轴的距离，并将悬链线离散成平面内的点，分别根据和计算得到第i个二维离散点的横坐标xi和纵坐标yi，其中，i取1-n，x0、y0为离散点的初始坐标，为悬链线每段线段的长度；第三计算单元：用于根据计算得到三维离散点坐标pi，其中，i取1-n；第一模型创建单元：用于根据所述三维离散点坐标pi创建所述离散悬链线模型。可选地，所述包围盒模型获取模块包括：第二模型创建单元：用于创建机械臂正运动学模型；变换矩阵计算单元：用于根据所述机械臂正运动学模型计算各个包围盒的变换矩阵；测算单元：用于基于所述机械臂正运动学模型的关节坐标原点测算包围盒的几何中心坐标和长宽高参数；第三模型创建单元：根据所述变换矩阵、所述几何中心坐标和所述长宽高参数创建不同机械臂几何构型的所述包围盒模型。可选地，所述判断模块包括：分离轴获取单元：用于设定某一分离轴；投影区间获取单元：用于将所述离散悬链线模型中的任一线段投影于所述分离轴上并获得投影区间；投影区间数据获取单元：用于在所述投影区间内获取所述线段的中心点与所述包围盒模型的中心点的有符号距离ds、所述线段在所述分离轴上的投影半径rs和所述包围盒模型在所述分离轴上的投影半径rb；判断单元：用于判断|ds|＞rb+rs是否成立，若是，则所述包围盒模型与所述线段不相交，若否，则所述包围盒模型与所述线段相交。本专利技术还提供一种工程车辆，包括上述机械臂与柔性管路的干涉检测系统。相对于上述
技术介绍
，本专利技术提供的机械臂与柔性管路的干涉检测方法，包括：获取柔性管路在三维空间下的离散悬链线模型，获取机械臂的包围盒模型，判断包围盒模型与离散悬链线模型是否相交。可以看出，针对现有技术中缺乏针对柔性管路的建模方法以及对于机械臂和柔性管路干涉检测的方法，本专利技术实施例所提供的干涉检测方法通过对柔性管路建模以获取柔性管路在三维空间下的离散悬链线模型，并通过创建机械臂的包围盒模型，以将机械臂与柔性管路的干涉检测转化为包围盒模型和离散悬链线模型的相交检测；显然地，若检测到包围盒模型和离散悬链线模型相交，则机械臂和柔性管路将发生干涉，否则机械臂和柔性管路不会发生干涉。离散悬链线模型和包围盒模型的建模方法快速准确、拟合精度高，同时，检测包围盒模型和离散悬链线模型是否相交的方法，简便快捷，且节约开发成本，这样即可减少施工事故的发生，提高施工作业的效率。本专利技术还提供一种工程车辆和机械臂与柔性管路的干涉检测系统，有益效果如上述，此处将不再赘述。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本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机械臂与柔性管路的干涉检测方法，其特征在于，包括：/n获取柔性管路在三维空间下的离散悬链线模型；/n获取机械臂的包围盒模型；/n判断所述包围盒模型与所述离散悬链线模型是否相交。/n

【技术特征摘要】
1.一种机械臂与柔性管路的干涉检测方法，其特征在于，包括：
获取柔性管路在三维空间下的离散悬链线模型；
获取机械臂的包围盒模型；
判断所述包围盒模型与所述离散悬链线模型是否相交。


2.如权利要求1所述的机械臂与柔性管路的干涉检测方法，其特征在于，所述获取柔性管路在三维空间下的离散悬链线模型的步骤包括：
获取包括机械臂与柔性管路的工程装备的俯仰角度pitch、横滚角度roll，并获取在台车坐标系下柔性管路的两个悬挂点坐标p1、p2及长度l；
将柔性管路投影至重力竖直向上方向向量所在平面，根据计算重力竖直向上方向向量根据计算重力水平方向向量
在平面内基于二维悬挂点p′1(x，y)与p′2(x，y)计算悬链线平面方程的参数a，其中，a为悬链线顶点到横坐标轴的距离，并将悬链线离散成平面内的点，分别根据和计算得到第i个二维离散点的横坐标xi和纵坐标yi，其中，i取1-n，x0、y0为离散点的初始坐标，为悬链线每段线段的长度；
根据计算得到三维离散点坐标pi，其中，i取1-n；
根据所述三维离散点坐标pi创建所述离散悬链线模型。


3.如权利要求1所述的机械臂与柔性管路的干涉检测方法，其特征在于，所述获取机械臂的包围盒模型的步骤，包括：
创建机械臂正运动学模型；
根据所述机械臂正运动学模型计算各个包围盒的变换矩阵；
基于所述机械臂正运动学模型的关节坐标原点测算包围盒的几何中心坐标和长宽高参数；
根据所述变换矩阵、所述几何中心坐标和所述长宽高参数创建不同机械臂几何构型的所述包围盒模型。


4.如权利要求1所述的机械臂与柔性管路的干涉检测方法，其特征在于，所述判断所述包围盒模型与所述离散悬链线模型是否相交的步骤包括：
设定某一分离轴；
将所述离散悬链线模型中的任一线段投影于所述分离轴上并获得投影区间；
在所述投影区间内获取所述线段的中心点与所述包围盒模型的中心点的有符号距离ds、所述线段在所述分离轴上的投影半径rs和所述包围盒模型在所述分离轴上的投影半径rb；
判断|ds|＞rb+rs是否成立，若是，则所述包围盒模型与所述线段不相交，若否，则所述包围盒模型与所述线段相交。


5.如权利要求1-4任意一项所述的机械臂与柔性管路的干涉检测方法，其特征在于，还包括：
设置检测参数、报警检测阈值和极限检测阈值；
根据所述检测参数对需检测的所述包围盒模型和所述悬链线模型进行干涉检测；
根据所述报警检测阈值和所述极限检测阈值对机械臂与柔性管路进行不同预警级别的干涉检测。


6...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘飞香，王志坚，秦念稳，肖正航，王鹏翔，史娅红，
申请(专利权)人：中国铁建重工集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43