一种机器人碰撞检测方法技术

本发明专利技术提供了一种机器人碰撞检测方法，属于碰撞检测技术领域，包括：获取实际场景的机器人运动参数；将机器人运动参数转化为机器人姿态参数；根据机器人姿态参数将机器人的组成部件简化为不同的基本几何体单元；计算不同的基本几何体单元之间的最短距离；根据各最短距离，得到基本几何体碰撞条件；根据基本几何体碰撞条件构建机器人碰撞模型；将待检测的至少两个机器人姿态参数输入机器人碰撞模型，输出距离参数；根据距离参数判断是否发生机器人碰撞。本发明专利技术提高的检测方法的整个过程将部件进行了简化，不受机器人体积大小的影响，过大物体碰撞对规模或复杂物体没有局限性，检测精度高。高。高。

【技术实现步骤摘要】
一种机器人碰撞检测方法


[0001]本专利技术属于碰撞检测
，具体涉及一种机器人碰撞检测方法。

技术介绍

[0002]碰撞检测算法作为机器人运动控制规划领域研究的关键，可广泛应用于协调工作、虚拟手术、自动驾驶等领域。目前常见的碰撞检测算法可根据其检测目标的空间维度划分为图像空间和几何空间两类。
[0003]基于图像空间的碰撞检测算法的关键在于利用三维物体的二维投影图像的碰撞检测，例如Francois等人提出的处理三角网格特征碰撞检测方法，Qu等人提出的基于图像处理的人车碰撞检测方法。这类方法虽然能够缩短计算时间，但会受限于图像的分辨率，可能导致不准确碰撞检测结果的产生。而且这类方法并不适用于检测物体表面存在凹陷的情况。
[0004]相较于图像空间，基于几何空间的碰撞检测算法的应用范围更广。近年来，常见的基于几何空间的碰撞检测算法可大致分为空间剖分法、GJK算法、层次包围盒技术和其他融合智能优化算法的群算法。以赵亮等人提出的一种基于网格包络的碰撞检测算法为例，这类空间剖分法可在一定程度上处理多个物体的碰撞对，但在处理过大物体碰撞对规模或复杂物体时具有局限性。

技术实现思路

[0005]为了克服上述现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种机器人碰撞检测方法。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种机器人碰撞检测方法，包括以下步骤：
[0008]获取实际场景的机器人运动参数；
[0009]将机器人运动参数转化为机器人姿态参数；
[0010]根据机器人姿态参数将机器人的组成部件简化为不同的基本几何体单元；
[0011]计算不同的基本几何体单元之间的最短距离；
[0012]根据各最短距离，得到基本几何体碰撞条件；
[0013]根据基本几何体碰撞条件构建机器人碰撞模型；
[0014]将待检测的至少两个机器人姿态参数输入机器人碰撞模型，输出距离参数；
[0015]根据距离参数判断是否发生机器人碰撞。
[0016]优选地，所述基本几何体单元包括胶囊体和球体，所述机器人的组成部件包括末端执行器和各个连杆；将机器人的各个连杆简化为胶囊体，将末端执行器简化为球体。
[0017]优选地，当基本几何体单元为球体时，机器人姿态参数包括表示球心x、球体的半径e、空间中两点x和y的距离dist(x,y)；当基本几何体单元为胶囊体时，机器人姿态参数包括胶囊体两端的端点sp和ep、胶囊体中心线两端的端点c1和c2、从端点sp到端点ep的向量u、胶囊体中心线上对应球体的半径r。
[0018]优选地，所述最短距离包括：不同球体与球体之间的最短距离、球体与胶囊体之间的最短距离、胶囊体与胶囊体之间的最短距离。
[0019]优选地，所述球体表示为：
[0020][0021]其中，x表示球心，e表示该球体的半径，dist(x,y)表示空间中两点x和y的距离，球体cball(x,e)表示所有与球心x距离小于等于半径e的点y的集合。
[0022]优选地，所述胶囊体表示为：
[0023][0024]sp和ep分别表示胶囊体两端的端点。
[0025]优选地，所述机器人碰撞模型为：
[0026][0027]其中，n和m分别表示给定的两个机器人相应的组成基本几何体单元的个数，f和g分别表示两个机器人每个组成基本几何体单元序号与位姿的映射关系。
[0028]优选地，所述球体与球体之间的等价碰撞条件为：
[0029][0030]所述球体与球体之间的无碰撞条件为：
[0031][0032]其中，球体与球体之间等价碰撞条件表示在两个球体半径皆非负的情况下，以x1为球心、r1为半径的球体与以x2为球心、r2为半径的另一球体碰撞条件等价于两球体之间最短距离不大于两球体半径之和；球体与球体之间的无碰撞条件则表示r1为半径的球体与以x2为球心、r2为半径的另一球体分离条件等价于两球体之间最短距离大于两球体半径之和或两球体半径小于0。
[0033]优选地，所述球体与胶囊体之间的等价碰撞条件为：
[0034][0035]所述球体与胶囊体之间无碰撞条件为：
[0036][0037]球体与胶囊体之间的等价碰撞条件的前提条件可保证球体和胶囊体的有效性，即：在半径不小于0且胶囊体两端点距离大于直径的情况下，球体和胶囊体有意义；球体与胶囊体之间无碰撞条件表示的球体与胶囊体之间的分离条件的等价于球体与胶囊体之间最短距离大于两半径之和或半径小于0或胶囊体两端点距离小于等于直径。
[0038]优选地，所述胶囊体与胶囊体之间等价碰撞条件为：
[0039][0040][0041]所述胶囊体与胶囊体之间无碰撞条件为：
[0042][0043]其中，半径非负和胶囊体两端点距离大于直径的条件用于保证胶囊体的有效性，c1
‑
c4分别表示两个胶囊体的4个端点。
[0044]本专利技术提供的机器人碰撞检测方法具有以下有益效果：
[0045]本专利技术根据姿态参数将机器人的组成部件简化为不同的基本几何体单元，通过机器人不同类型组成部件之间最短距离的简化结果，得到基本几何体碰撞条件；根据基本几何体碰撞条件构建机器人碰撞模型。在进行碰撞检测时，只需要将待检测的至少两个机器人姿态参数输入机器人碰撞模型，输出距离参数；根据距离参数判断是否发生机器人碰撞。整个过程将部件进行了简化，不受机器人体积大小的影响，过大物体碰撞对规模或复杂物体没有局限性，检测精度高。
附图说明
[0046]为了更清楚地说明本专利技术实施例及其设计方案，下面将对本实施例所需的附图作
简单地介绍。下面描述中的附图仅仅是本专利技术的部分实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0047]图1为胶囊体示意图；
[0048]图2为球体与胶囊体位置关系图；
[0049]图3为胶囊体与胶囊体位置关系图；
[0050]图4为双臂机器人示意图。
具体实施方式
[0051]为了使本领域技术人员更好的理解本专利技术的技术方案并能予以实施，下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。
[0052]实施例1
[0053]一、基本几何体模型及性质
[0054]1、几何体模型高阶逻辑表达
[0055]对于机器人本体而言，通常可将其关节、连杆、末端执行器等基本几何体单元简化为长方体、胶囊体、球体等形状，进而通过利用计算基本几何体简化模型的碰撞检测方法，达到减少计算量的目的。因此，如图1所示，本专利技术采用球体和胶囊体来简化表示基本几何体形式化模型，并对其相关性质进行形式化分析与验证。
[0056]在HOLLight中，球体的形式化表示如定义1所示
[0057]定义1(球体)<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机器人碰撞检测方法，其特征在于，包括以下步骤：获取实际场景的机器人运动参数；将机器人运动参数转化为机器人姿态参数；根据机器人姿态参数将机器人的组成部件简化为不同的基本几何体单元；计算不同的基本几何体单元之间的最短距离；根据各最短距离，得到基本几何体碰撞条件；根据基本几何体碰撞条件构建机器人碰撞模型；将待检测的至少两个机器人姿态参数输入机器人碰撞模型，输出距离参数；根据距离参数判断是否发生机器人碰撞。2.根据权利要求1所述的机器人碰撞检测方法，其特征在于，所述基本几何体单元包括胶囊体和球体，所述机器人的组成部件包括末端执行器和各个连杆；将机器人的各个连杆简化为胶囊体，将末端执行器简化为球体。3.根据权利要求2所述的机器人碰撞检测方法，其特征在于，当基本几何体单元为球体时，机器人姿态参数包括表示球心x、球体的半径e、空间中两点x和y的距离dist(x,y)；当基本几何体单元为胶囊体时，机器人姿态参数包括胶囊体两端的端点sp和ep、胶囊体中心线两端的端点c1和c2、从端点sp到端点ep的向量u、胶囊体中心线上对应球体的半径r。4.根据权利要求3所述的机器人碰撞检测方法，其特征在于，所述最短距离包括：不同球体与球体之间的最短距离、球体与胶囊体之间的最短距离、胶囊体与胶囊体之间的最短距离。5.根据权利要求4所述的机器人碰撞检测方法，其特征在于，所述球体表示为：其中，x表示球心，e表示该球体的半径，dist(x,y)表示空间中两点x和y的距离，球体cball(x,e)表示所有与球心x距离小于等于半径e的点y的集合。6.根据权利要求4所述的机器人碰撞检测方法，其特征在于，所述胶囊体表示为：sp和ep分别表示胶...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹畅，王红梅，王文娟，
申请(专利权)人：西安空天仿真科技有限公司，
类型：发明
国别省市：