[发明专利]一种复杂多体装置运动干涉检测方法

说明书

本发明公开了一种复杂多体装置运动干涉检测方法，对复杂多体装置的各个部件进行扫描，得到各部件表面散点模型，对于每个部件，基于部件散点模型构造部件初始包围盒；在此基础上，在干涉检测运算阶段，首先对各部件的初始包围盒进行两两之间的干涉检测运算，并根据运算结果判断是否需要进一步细分初始包围盒，若发生干涉就输出当前结果，否则，对初始包围盒再细分，并进行两两干涉检测运算；在整个运算过程中分别得到各部件的包围盒模型二叉树，对所有部件包围盒模型二叉树进行两两之间自顶向下逐层遍历干涉检测运算以实现复杂多体装置的干涉检测，本发明能够对复杂多体装置进行运动干涉分析以及运动控制过程中的碰撞安全检测。

技术领域

本发明属于机构及机器人技术领域，具体涉及一种复杂多体装置运动干涉检测方法。

背景技术

针对天线、机械臂等复杂多体、多自由度装置在构型设计和机械总体布局过程中，其复杂运动情况下的自身运动干涉风险以及在复杂环境中对安全性的需求，使得对运动过程中可能出现的干涉工况进行全覆盖分析与实时检测显得十分必要。而装置运行过程中，为了确保运动轨迹的安全性，也需要对部件的运动过程进行碰撞干涉快速准确检测。

经过对相关文献检索，许多研究都采用了简化的几何模型包络法进行碰撞干涉检测，即以球、立方体、圆柱等典型的几何模型对运动部件进行包络建模，然后对基本几何体之间的干涉情况进行检测，此方法在处理复杂结构体对象时，所能达到的检测精度极其有限。另外，则需要根据局部形状进行人工包络，耗费大量时间，且几何体间形状不具有同一性和通用性。除此之外，最大问题在于其干涉检测算法效率低，检测时间随着场景复杂度的增加而呈几何倍数增长，难以达到使用要求，因此，需要一种可靠且快速准确的检测方法，其对于复杂多体运动装置的安全预防至关重要。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种复杂多体装置运动干涉检测方法，能够对复杂多体装置进行运动干涉分析以及运动控制过程中的碰撞安全检测。

实现本发明的技术方案如下：

一种复杂多体装置运动干涉检测方法，对复杂多体装置的各个部件进行扫描，得到各部件表面散点模型，对于每个部件，基于部件散点模型构造部件初始包围盒；在此基础上，在干涉检测运算阶段，首先对各部件的初始包围盒进行两两之间的干涉检测运算，并根据运算结果判断是否需要进一步细分初始包围盒，若发生干涉就输出当前结果，否则，对初始包围盒再细分，并进行两两干涉检测运算；在整个运算过程中分别得到各部件的包围盒模型二叉树，对所有部件包围盒模型二叉树进行两两之间自顶向下逐层遍历干涉检测运算以实现复杂多体装置的干涉检测。

进一步地，包围盒模型二叉树按照从上到下的递归细分方式构造生成，在每次递归过程中，要求取最小的包围盒，沿所选的剖面分别将物体分为两半，直到每个叶子节点只包含一个最小的扫描点，对于剖分面则是选择垂直于包围盒的最长轴，且平分该轴的平面。

进一步地，对包围盒模型二叉树进行两两之间自顶向下逐层遍历干涉检测运算，具体为：

对于包围盒模型二叉树A和B，若发现树A的根节点的包围盒与树B内部节点的包围盒不相交，则停止向下遍历，如果遍历能达到树B的叶节点，再用该叶节点遍历树A；如果能到达树A的叶节点，则进一步进行当前层叶节点的几何元素之间的相交干涉检测；

两个子包围盒间的干涉检测则是根据两个包围盒当且仅当它们在三个坐标轴上的投影区间均相交，通过投影将三维求交问题转化为一维求交问题，最终得到干涉检测结果。

有益效果：

本发明提出的基于模型散点的碰撞干涉检测方法，采用直线扫描手段，避免了根据局部形状进行人工包络的繁琐，可根据所需精度对物体进行表面轮廓采样，构建其表面散点用于干涉检测，满足不同精度需求，保证了有效的运动范围；然后，通过对模型表面散点进行一定的组织，利用包围盒二叉树组成层次结构，提高了干涉检测的效率。

附图说明