[发明专利]一种基于缓存信息的三维吊装动态碰撞检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及工程机械仿真与碰撞检测设计领域,特别是一种基于缓存信息的三维吊装动态碰撞检测方法。 

背景技术

近些年来，汽车起重机械行业在国家城镇化与基础建设投资的大背景下得到了迅猛的发展，已经成为并将长期成为国民经济各行业提供技术装备的战略性产业。然而，目前吊装方案的制定几乎完全依靠人工经验，吊装物与作业场景内其他物体容易发生碰撞，不仅存在安全隐患、容易失误，造成吊装安全事故，而且精度较低，导致吊装过程较为复杂，吊装效果并不理想。因此，进行吊装场景内的动态碰撞检测仿真，能够保证吊装过程的安全性与吊装方案的有效性，具有较大的实用价值与实际指导作用。

国内外已有针对碰撞检测的研究，但多为静态碰撞检测方法，比如基于线面相交原理的交点转化方法、基于包围盒技术的包络法与基于凸多面体的碰撞检测算法等，动态碰撞检测方法的研究较少，主要是DSMC（Direct Simulation Monte Carlo，直接模拟蒙特卡洛）方法与栅格划分法。

DSMC方法利用分子动力学原理，将空间分割为有限个互相相切的球体，空间内球体分子的密度取决于权重因子或者权重变量。该方法按照分子热运动规律，进行动态碰撞检测的直接模拟，因此，需要并行计算技术，实现难度与工程规模均较大。另一种常用的方法为栅格划分法，该方法对全空间进行立方体划分，将空间分割为有限个共面的立方体，空间内立方体的密度由权重对象来决定。栅格划分法属于理想情况下的方法，往往需要配合其他复杂的规则与算法。

由上可知，常用的动态碰撞检测算法均较为复杂，软硬件配置要求较高，并不适合基于一般配置要求开发的三维仿真系统。同时，对于常用方法均利用关键坐标信息判断场景内对象是否在某一三维空间中的特点，通过缓存信息，完全可以简化实现。此外，针对三维吊装仿真的动态碰撞检测方法基本没有，因此，基于缓存信息的三维吊装动态碰撞检测方法极具现实意义。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种基于缓存信息的三维吊装动态碰撞检测方法，解决一般配置要求下的动态碰撞检测问题，在降低算法难度的同时，有效减少资源消耗，改善系统仿真性能，实现三维吊装环境下的动态碰撞检测。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种基于缓存信息的三维吊装动态碰撞检测方法，其特征在于，该方法为：

1）建立起重机模型，添加吊装物与障碍物，完成吊装场景的搭建；

2）开始吊装，并初始化缓存信息及相应的缓存信息树；所述缓存信息树包括起重机缓存信息树和场景物体缓存信息树；

3）进行缓存域配置：初始化缓存域，并搜素缓存域内的障碍物，记录缓存域信息；

4）结合缓存信息，进行虚拟点选，得到障碍物与吊装物之间的干涉距离；

5）判断所述干涉距离是否小于等于零，若是，表明即将发生碰撞；若否，表明不会发生碰撞，那么调用起重机缓存信息树，得到各个关键节点的缓存信息。

步骤1）中，起重机模型的建立，首先需通过Pro/E绘制并导出asm格式的数据文件，然后利用DeepExploration软件进行数据格式的转换，将asm格式的数据文件转换为可供VC++使用的cpp格式文件，最后调用OpenGL函数库，在VC ++运行环境下绘制起重机模型。与起重机模型不同，吊装物与障碍物模型均采用基本三维形体，因此，其搭建则直接通过调用OpenGL函数库来完成。

步骤2）中，缓存信息具体存储在相应的缓存信息树中，初始化缓存信息及相应的缓存信息树的设计，包括起重机缓存信息树的设计与场景物体缓存信息树的设计两个部分。

（1）起重机缓存信息树的设计

起重机缓存信息树用于记录起重机模型对象中的各个重要节点，这些重要节点均直接或者间接地参与每个功能操作。经过对起重机相关功能操作的分析，确定起重机的重要节点为回转台节点、主副吊臂节点、吊钩节点与驾驶室节点。此外，起重机缓存信息树的结点不仅包含起重机的重要节点信息，还包含该节点的坐标位置、偏转角度、节点代号信息。

（2）场景物体缓存信息树的设计

场景物体缓存信息树用于记录场景内吊装物与障碍物的信息。由于场景内物体均为长方体、正方体、球体、圆锥体、圆柱体等规则物体，因此，其缓存信息除了坐标位置信息外，主要依据自身属性来选取，如中心三维坐标信息、底面圆半径、底面圆圆心坐标信息、长、宽、高、球半径。