[发明专利]一种基于OSG的自适应虚拟夹具的构造方法

说明书

本发明公开一种基于OSG的自适应虚拟夹具的构造方法。针对机器人遥操作虚拟训练领域，虚拟夹具可以帮助实现快速定位和保障安全。本发明提出的一种自适应虚拟夹具的构建策略，针对不用环境条件构建适合的虚拟夹具，以虚拟夹具的构建效率，从而提高整个虚拟操作的效率。从目标物体想从起始点运动到目的点，通过OSG的碰撞检测库中射线检测方法检测两点之间是否有其他物体，若不存在则建立简单形状如圆柱体的虚拟夹具，否则自适应地构建一条安全且路径较短的虚拟管道的虚拟夹具。本发明相对传统方法的虚拟夹具形状单一和不变性，有更好的鲁棒性和通用性，而且最大限度地降低虚拟夹具建模的复杂度，从而大大提高系统效率。

技术领域

机器人遥操作虚拟维护训练系统。

背景技术

虚拟夹具是遥操作领域中一个很重要的辅助手段，特别是控制机械臂在虚拟场景中运动的时候，虚拟夹具可以限制机械臂的运动空间，并利用一定的虚拟夹具的引导算法来导引机械臂手部的运动，从而帮助操作者控制机器人能够更好更快的完成任务，提高工作效率。虚拟夹具在基于虚拟场景的机器人遥操作系统已经得到了较好的应用和发展。然而传统的虚拟夹具存在诸多的弊端：不能根据环境变化调节虚拟夹具结构，不同的环境下需要更换虚拟夹具。

虽然虚拟夹具具有各种各样的形态，但是其最终目的都是为了能让目标执行器能够在虚拟夹具内部的安全范围内运动，将机械臂末端在靠近目的地的过程中，避免其穿出虚拟夹具从而和外部环境发生碰撞，这样可以很好地保护机械臂。本文提出了自适应虚拟夹具的方法，具有根据环境变化动态调整虚拟夹具的功能。可以不需要对虚拟夹具进行建模，而是当外界变化的时候，可以自适应的调整夹具的形态，来调整机械臂的运动策略。

发明内容

本发明的目的是通过一定的策略选择合适形状的虚拟夹具和复杂情况下虚拟管道状虚拟夹具的构建过程。

本发明采用如下的技术方案：构建具有力反馈的OSG虚拟仿真环境，通过力反馈设备控制机械臂末端运动，给定机械臂末端的起始点和目标点，要让机械臂从起始点运动到目标点，先通过OSG碰撞检测库的射线穿透的方法，判断两点之间是否存在障碍物，若不存在则建立简单形状如圆柱体的虚拟夹具，否则通过射线穿透方法确定出障碍物的尺寸，然后在障碍物的周围确定出一个一系列安全关键点，然后只需要构建起始点到关键点、关键点之间和关键点到目标点的虚拟管道即可。

本发明的优点有：

本发明虚拟夹具的形状可以自适应环境的变化，环境简单则建立简约夹具，环境复杂就建立管道夹具，并且复杂情况下能够确定出一条安全且较短的路径，相比传统单一的虚拟夹具方法，大大提高了虚拟夹具的构建效率和操作效率。

附图说明

图1是虚拟夹具选择策略图

图2是虚拟管道空间位姿确定策略流程图

图3是未知环境下，通过递归算法找出安全的关键点来确定虚拟管道的空间位姿示意图

具体实施方式

射线检测技术是本专利需要使用的检测技术。OSG三维引擎库里面提供了osgUtil工具类，它可以判断一条射线是否和物体相交，若相交的情况下能够提供相交点准确位置信息。虚拟场景中的射线是碰撞检测相交测试的基础，然而线段又提供了一种定义射线的方法，当相交发生的时候，可以通过检测线段的相交情况来检测射线相交并且执行响应的操作。osgUtil交点类提供了射线或者线段与场景中的三维模型相交的信息，即具体的碰撞点的世界坐标下的位置坐标和碰撞的法线方向。通过给定起始点和终点，建立它们之间的射线即可判断该射线对应的线段之间是否存在其他的模型。