工业机器人仿真系统碰撞检测快速算法

张智勇,沈俊杰(上海大学,上海200072)

FastCollisionDetectionAlgorithmforIndustrialRobotsSimulationSystem

ZHANGZhi-yong,SHENGJun-jie(ShanghaiUniversity,Shanghai200072,China)

　　摘要:根据6R机器人杆系的特有结构,提出了三角形包围法和端点矢量投影法来提高双机器人协调工作时连杆碰撞检测的效率。通过改进公共面法来进行几何元素的碰撞和干涉检测,给出了相关的数值仿真结果。

关键词:机器人;碰撞检测;三角形包围法;公共面法

中图分类号:TP24文献标识码:A

文章编号:10012257(2004)09004503

Abstract:Afastmethodforcollisiondetectionispresented,whichisbasedonspeciallinksstructureof6Rrobots1Tospeedupthecollisiondetectionlinksareboundedbytriangles1Andimprovedmethodofcommonplaceisusedincollisiondetectionbetweengeometricele2ments1Computersimulationresultshaveverifiedthatmethodandalgorithmiscorrectandefficient1

Keywords:robots;collisiondetection,;bounding-triangle;commonplane

的几何对象,从而只需对包围盒重叠对象进行进一步的相交测试。此外,针对操作手的碰撞与干涉问

题,Faverjon提出虚拟操作手法(virtualmanipula2tor)[5]。Henrich给出了动态层次法(dynamichierar2chy)[6]。虚拟操作手法是将n自由度的操作手分成

多级,每一级用自由度为k的虚拟操作手代替,0≤

k≤n。对于一个k自由度虚拟操作手其后所有连

杆均被它们的扫描体代替。这样关节k+1到n将消失,最后一连杆将成为子树为扫描体的装配树[5]。

针对6R机器人杆系结构提出三角形包围法[7]。每个机器人的连杆分别被包围在2个三角形中。通过对三角形对的干涉测试快速排除不相交的连杆对,以减少相交测试次数。采用公共面法对几何元素进行碰撞与干涉检测。包括三角形包围法中将用到的直线段直线段、平面平面的干涉检测,及连杆精确碰撞检测时所用到的直线段凸多面体、凸多面体凸多面体的干涉检测。该法最初由Cundall提出[8],主要用于研究边坡岩体的力学行为。我们进一步改进了C-P法,使其成为机器人仿真系统中通用的几何元素碰撞检测算法。

0　引言

在机器人仿真系统中,经常需要对2个或更多

个机器人在同一工作单元中协同作业进行仿真。通常情况下多机器人工作空间存在重叠交叉区域,这就要解决机器人之间相互干涉问题。传统的三维物体碰撞与干涉检测方法多是进行2个空间物体的求交运算[1-3],往往比较复杂与费时。为提高检测效率,进行碰撞检测的一个常用方法是层次包围盒法(hierarchyboundingvolume)[4]。其核心思想是用体积略大而几何特征简单的包围盒来近似地描述复杂

收稿日期:20040715

1　连杆间碰撞预检测的三角形包围法

对机器人的手臂作如下约定:将机器人的手臂进行细化,用等长的直线段来代替;同时,将手臂用凸多面体包围,以弥补手臂细化的尺寸,2个机器人的坐标原点位于xoy平面。111　三角形的建立

对于2个6R机器人,其连杆长度可表示为:

l1=[l1,l2,l3,l4,l5,l6]l=[l1,l2,l3,l4,l5,l6]

2

2

2

2

2

2

2

1

1

1

1

1

1

其中,l4=l5=l4=l5=0。因此,6R机器人的实际连杆线段数为4。发生碰撞的形式有10种[9]。

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1机械与电子22004(9)