一种工业机器人手臂快速碰撞检测算法.pdfVIP

山西电子技术 　 应用实践　 2009 年第 3 期 ( ) 文章编号 2009 一种工业机器人手臂快速碰撞检测算法 1 ,2 1 1 凌家良 , 施荣华 , 王国才 ( 1. 中南大学信息科学与工程学院 ,湖南 长沙 4 10075 ;2 . 惠州学院电子科学系 ,广东 惠州 5 160 15) 摘 　要 :碰撞检测是机器人轨迹规划 、计算机仿真等领域的重要问题之一 ,本文在前人的基础上提出一种工业 机器人关节间碰撞检测算法 。其特点是先将关节简化为半径为的圆柱体和两端半径为的半球组成的实体 ,对简化 后的实体做齐次变换 ,将三维干涉问题转化为二维干涉问题 ,对变换后的实体可能的位置关系进行分析 ,然后将变 换后的实体在二维直角平面上对相应实体的投影进行干涉检测 。 关键词 :碰撞检测 ; 齐次变换 ; 正投影 ; 关节杆件实体 中图分类号 : TP242 . 2 　　文献标识码 :A 0 　引言 ( ) 碰撞检测 Colli sion Det ection , CD 是用于判定一对或 多对物体在给定的时间域的某一时刻是否 占有相同区域 。 目前 ,常见的实时性好的碰撞检测算法都是离散碰撞检测算 法 。这些算法大致又可以分为基于图形和基于图像的碰撞 检测算法 。基于图形的实时碰撞检测算法主要分为层次包 图 1 　机械臂关节简化图 ( ) 围盒 法 Hierarchical Bounding Bolumes 和 空 间分 割 法 2 　三维干涉问题转化为二维干涉问题 ( Sp ace Decompo sition) 两类[ 1] 。层次包 围盒方法的核心思 为了将三维干涉问题转化为二维干涉问题 ,我们可以先求 想是用体积略大而几何特性简单的包围盒来近似地描述复 出简化后关节杆件实体的在 x oy 平面的正投影 ,如图2 所示 。 杂的几何对象 ,从而只需对包围盒重叠的对象进行进一步的 相交测试 。此外 ,通过构造树状层次结构可以越来越逼近对 象的几何特性 。典型的层次结构树有 AABB ( axi saligned ) ( ) ( bounding bo x 层次树 、包围球 sp heres 层次树 、OBB orien ) κ ( t ed bounding bo x 层 次树 和 DO Ps di scret e orient ation polytop e) 层次树等[2 ] 。 为了提高碰撞检测效率 ,常用一些简单的几何体去逼近 机械手臂进而研究出更有效的算法来快速检测机械手与机 械手之间、机械手与障碍物之间是否碰撞 。如 ,有些学者将 图2 　关节杆件实体的正投影 在三维坐标系中 ,简化后的关节杆件实体 Q ( R , C , C ) 机器人关节简化为球类实体模型 ,用一组球和球台来逼近机 1 2 器人系统[3 ] 。另外有些学者将机器人关节简化为圆柱体两