基于包围盒细分的碰撞干涉检查算法研究

提出了一种基于轻量化三维模型的碰撞干涉检查算法.本算法只需要获得某时刻三维模型信息中的三角片顶点位置信息,就可以采用包围盒和判断空间三角形相交结合的方法完成轻量化三维模型的碰撞干涉检查.检查过程根据轻模型的三角片顶点信息构造包围盒,并对包围盒做分割处理,组织成八叉树结构,再进行这些分割后的包围盒的碰撞干涉检查,对发生干涉的叶节点包围盒则再对其中包含的三角面进行相交判断,若相交则说明发生了碰撞干涉.算法已得到初步应用,极大缩短了由大量三角面片构成的轻模型的碰撞干涉检查时间,而且提高了检查的效率和精度.     

堆取料机空间防碰撞系统设计与实现

在国内外煤炭码头中,堆料机、取料机是散货堆场作业的核心设备,堆取料机空间防碰撞系统一直是个难题。设计一种堆取料机空间防碰撞控制系统,其原理是在堆取料机上的大臂和回转中心安装gps流动站,通过gps的位置信息和空间几何算法,得出两个堆取料机之间的最小距离从而可以判断出堆取料机发生碰撞的可能性,使得工作人员进行相应处理,解决行走编码器不准确、误差累积的问题。本系统可以实时计算出堆取料机大臂的相对位置和距离,可实现两台甚至多台堆取料机在同一个场垛中安全作业。     

碰撞检测在大型虚拟场景中的应用

为了达到虚拟机器人在场景中漫游,要求实时地检测机器人与建筑物之间的碰撞.针对这种检测对于干涉精度要求不高,而对实时性要求较高的特点,采用假想长方体代替复杂物体进行OBB包围盒的计算方法,大大简化了计算复杂度.变化的虚拟场景,需要时刻更新包围盒,来判断机器人与环境物体是否碰撞.为了提高实时性,采取以下措施:只更新位置发生变化的物体的包围盒,静止物体的包围盒只做一次计算;找出与机器人距离最近的物体,只检测该物体与机器人是否碰撞,其他物体不进行检测.以上措施提高了计算速度,增强了检测的实时性.     

虚拟装备维修训练系统中碰撞可能性预检测技术

对多对象间四维时空实时碰撞检测技术进行了研究，分析了基于简单包围盒技术的碰撞检测带来的问题，设计了基于路径包围盒关键点技术的可能性碰撞检测方法．该方法利用空间平铺技术快速检测不同路径包围盒问轨迹相交的可能性．在虚拟装备维修训练系统中结合实体对象运动速度判断实体对象碰撞的可能性，用体系哈希表（Hierarchical Hash Table）查找路径包围盒间交集，构建可能碰撞路径集，采用路径检测法对可能发生碰撞的路径进行关键点分析，确定碰撞部位，提出了基于路径包围盒关键点技术的可能性碰撞检测方法的实施策略，并在虚拟维修训练系统中进行了实现．     

基于分段速度规划的机器人臂运动平滑减振方法

目的 保证机器人臂在生产作业时,其末端速度、加速度、jerk曲线光滑且连续,避免机器人臂在高速运行时发生剧烈振动。方法 提出一种基于分段速度包络轨迹规划方法,该方法与传统样条算法相比,边界条件的确定和计算量大大简化,仅需给定运行轨迹点和期望运行时间,就能实现机器人臂末端轨迹的速度、加速度以及jerk曲线光滑连续,并且通过调节因子和分段时间间隔可以单独控制加速度、jerk曲线的波动幅值和整体运动周期。结果 在双臂并联机器人平台上,依次进行本文算法与三次样条算法的对比实验,以及本文算法在不同调节因子取值下的对比实验。在第1组实验中发现采用本文算法运行机械臂更加平稳,所得轨迹也很平滑,而三次样条算法运行机械臂振动较大;通过第2组对比实验可得,在分段时间间隔一定的情况下,调节因子取值越大机械臂运行就会越流畅,振动也会进一步减小。结论 文中提出的方法能够有效抑制机器人臂振动,可以使机器人高速平稳的运行。     

基于OpenCasCade的虚拟三坐标测量机碰撞检测方法

为了解决三坐标测量机测量过程中可能出现的碰撞问题,提出将虚拟空间与实际空间相结合的防碰撞方法,同时提出一种基于OpenCasCade(OCC)的快速、准确的虚拟空间碰撞检测方法.防碰撞方法在虚拟空间中建立与实际空间具有一一对应关系的虚拟模型,从而在计算机向三坐标测量机发送运动指令时先在虚拟空间中检测该指令是否会造成碰撞,将有碰撞的指令修改为无碰撞的安全指令输出,以达到防碰撞的目的.根据OCC建模的特点,可以将虚拟空间碰撞检测方法分为2步,第1步利用包围盒法快速剔除不可能碰撞的部分,第2步利用三角面片相交检测法进行较为精确的碰撞检测.为了提高速度,利用OpenMP将碰撞检测程序的计算并行化.相关的碰撞检测实验验证了该碰撞检测方法的可行性,并根据记录的数据对碰撞检测时间和精度进行了分析,证明该碰撞检测方法具有一定的实用价值.     

漂浮基空间柔性机械臂在轨捕获碰撞分析

针对漂浮基空间柔性机械臂执行抓捕任务过程中的碰撞问题,提出了一种当机械臂末端与目标物发生碰撞时分析系统响应的方法。首先,运用悬臂梁模型和假设模态法建立了考虑臂杆空间柔性变形时空间柔性机械臂的运动学模型;然后,以赫兹阻尼模型模拟软接触碰撞过程,结合拉格朗日方程建立了系统碰撞动力学方程,并推导了关节处于自由和完全受控两种状态时在末端激励下系统的响应方程;最后,通过数值仿真实验分析了机械臂关节处于特定状态下,在末端与目标物产生碰撞接触时漂浮基空间柔性机械臂的响应。数值仿真结果表明空间柔性机械臂在执行在轨捕获任务时,由于接触碰撞产生的碰撞力可能会很大,关节承受力矩甚至可能超过其物理承受极限,同时由于碰撞冲击产生的臂杆位于运动平面内和垂直于运动平面的柔性变形大小相当,在研究柔性机械臂的碰撞响应时应当同时考虑。     

虚拟手术中基于边界元模型的碰撞检测研究

碰撞检测是虚拟手术的关键技术,针对人体组织的材料特性,提出基于线弹性理论的边界元模型。首先对整个场景空间进行剖分,在剖分网格中构建层次包围盒,包围盒相交时再进行精确相交检测。碰撞引起组织形变时,在几何模型的边界上建立线弹性积分方程,碰撞单元区域的形变量能够通过离散的求解结果反映出来。该算法速度快、精度高,很好的解决了虚拟手术系统实时性与真实感之间的矛盾。     

RRT与人工势场法结合的机械臂避障规划

针对人工势场法在工业机械臂避障路径规划中容易陷入局部极小值的缺陷,利用改进的快速扩展随机树(rapidly-exploring random tree,RRT)算法与人工势场法结合进行避障路径规划。首先,利用人工势场法进行局部路径规划,当陷入局部极小值时,使用改进的快速扩展随机算法自适应地选择临时目标点,使搜索过程跳出局部极小值点;当机械臂逃离局部极小值点时,切换回人工势场法进行规划。该算法不仅能够实现工业机械臂末端执行器的避障,同时能够防止杆端与障碍物产生碰撞,最终到达目标点。仿真实验表明,该方法实现简单,能够适应环境的变化,在复杂的环境下依然有效,满足机械臂避障的要求。最后,通过进行实际实验表明了实际与仿真实验的一致性。     

基于调度方式的阅读器防碰撞算法

目的阅读器碰撞是射频识别技术(RFID)的常见问题,常见的防碰撞算法没有同时考虑阅读器碰撞的2种情况,并且对硬件要求高,这影响了RFID系统数据通信的效率。提出了基于调度的阅读器防碰撞算法。方法采用中央服务器调度方式,建立混合整数规划模型,按一定的规则,将频率和时隙分配给阅读器;在2种不同阅读器距离及同时考虑吞吐率和均衡率的情况下,对提出的算法与CSMA算法进行了对比。结果在同时考虑吞吐率和均衡率的条件下,基于调度的阅读器防碰撞算法优于CSMA算法。结论该算法能够提高吞吐率和均衡率。     

采用干扰补偿模糊整定的双柔性机械臂抑振策略

双柔性机械臂由柔性关节和变长度的柔性负载组成,会同时受到柔性、摩擦和参数时变的影响,在运动过程中,它会出现振动的现象,导致末端执行器的跟踪精度降低。本文采用基于干扰观测器的模糊整定PI策略控制双柔性机械臂伺服系统的输出转速,通过控制柔性负载的转速波动间接抑制机械臂的振动。根据假设模态法和拉格朗日原理建立了考虑变形的双柔性机械臂伺服系统的动力学方程。根据鲁棒稳定性理论设计干扰观测器中的低通滤波器,使干扰观测器同时满足控制器参数时变和受控对象参数摄动的稳定性。通过数值仿真分析和双柔性机械臂伺服系统控制实验,验证了所提方法的有效性。实验结果表明,本文提出的控制策略可以更好地消除参数时变和柔性对于输出转速的影响,提高末端执行器的控制精度。     

机械臂末端速度加速度的快速运算

通过对机械臂末端角位移和位移直接求导,给出了末端速度和加速度的解析表示公式,并由此给出了迭代计算程序。由于迭代计算不需要计算第n-1个坐标系到第0个坐标系的变换矩阵,因此使算法得到了简化,有利于提高机械臂控制的实时性。     

基于遗传算法的包装机械臂位置精度控制方法

目的为提高包装机械臂运行精度,解决视觉伺服控制系统中手眼标定问题,基于遗传算法设计一种机械臂运动学参数标定方法。方法在明确手眼视觉坐标的基础上,给出不同坐标系之间的变换关系。通过对比机械臂末端执行器理论位置和实际位置,确定其运动学参数标定误差模型。基于遗传算法基本原理,搭建了相关适应度函数,根据计算所得误差补偿量更新末端执行器位姿。最后,对机械臂运动控制系统进行联合调试以及实验分析。结果实际位置和理论位置之间偏差绝对值的平均值大约为0.8 mm,偏差最大值只有1.2 mm,精度比较高。结论所述手眼标定方法可以显著提高机械臂运动精度,可满足相关包装行业要求。     

空间机械臂碰撞过程的模糊无模型自适应振动控制EI北大核心CSCD

空间机械臂在执行操作任务时会面临碰撞问题,例如主动捕获或被动碰撞均会引起机械臂瞬时动量急剧变化,机械臂杆弹性振动加剧,轨迹跟踪精度降低,甚至会导致空间机械臂系统失稳。空间机械臂是一种非线性、强耦合的复杂系统,尤其是对于碰撞过程,很难实现系统精确建模。为实现对空间机械臂碰撞过程的振动抑制,提出了模糊策略与无模型自适应控制相结合的模糊-无模型自适应控制(fuzzy model-free adaptive control,Fuzzy-MFAC)方法。基于臂杆振动位移响应和关节角速度误差设计模糊策略,对无模型自适应控制中步长因子与权重因子进行在线自整定,解决传统无模型自适应控制对于参数初值敏感的局限性,实现了对空间机械臂碰撞过程中的振动自适应控制。仿真试验结果表明,Fuzzy-MFAC方法相较于传统无模型自适应控制算法振动响应衰减速度提高了34%,振动幅值降低了42%,验证了该方法的有效性。     

协作机械臂末端执行器的快速定位算法

针对传统的协作机械臂末端执行器即时定位效果差的问题,采用AprilTag标签定位,提出一种基于几何学提取ROI的快速定位算法。该算法对宏观尺寸目标采用下采样方法搜索有效局部范围,建立几何约束提取边缘像素点,加速目标识别速度。为了验证所提出算法的有效性,设计了机械臂末端执行器的视觉定位系统实验。实验结果表明:该算法的角点检测相对误差平均值低于0.1pixel,且检测速度提高至40帧/s,实现了对机械臂末端的快速定位。     

刚柔性耦合机械臂轨迹跟踪与振动抑制

讨论刚柔性耦合机械臂轨迹跟踪控制和振动抑制问题。以双连杆刚柔性机械臂为例,建立了双连杆刚柔性机械臂的非线性动力学方程,运用基于模型的非线性解耦反馈控制方法,使方程中关节角变量和弹性变量部分解耦。利用机械臂逆动力学方法和线性二次型(LQ)最优控制方法讨论刚柔性耦合机械臂的轨迹跟踪控制问题和消除残余振动的控制问题。通过数值仿真计算,表明文中方法的有效性。     

碰撞检测中AABB包围盒以及基本几何元素问的相交测试

在利用层次包围盒法理论的基础上,判断AABB包围盒是否相交以及所相交的包围盒中的基本元素是否相交,通过比较两个AABB包围盒在三维空间中各个平面内的投影是否都相交并对相交的包围盒中的基本几何元素(三角形或四面体)做进一步的相交测试,提出了一些算法.     

七自由度机械臂KUKA IIWA7可达性分析

机械臂的可达性描述机械臂末端到达六维工作空间的能力,了解机械臂的可达性分布,有助于更好地完成机械臂操作任务。本文对七自由度机械臂kuka-iiwa7进行可达性分析,为了计算该机械臂的可达性需预先解决两个关键问题,首先是六维工作空间划分问题,本文使用等分划分SE(3)的方法对整个六维工作空间进行划分。其次是该机械臂逆运动学求解问题,在考虑关节极限的情况下,本文提出使用关节角为冗余参数结合冗余机械臂的自运动来判断给定的机械臂的末端姿态是否存在满足关节限位的可行逆解,从而解决逆解求解问题,最后在matlab中画出了kuka-iiwa7的可达性图。     

基于二进制树的RFID系统自适应多分支防碰撞算法

为提高射频识别(RFID)系统的识别效率,研究了系统的标签防碰撞问题。考虑到对标签进行多分支处理能够有效地提高RFID系统标签识别效率,而传统的多分支防碰撞算法都是在标签估计的基础上对标签进行最优分组,标签估计产生的时延和误差都会影响整体的识别效率,提出了一种基于二进制树的自适应多分支(AMB)防碰撞算法。该算法根据二进制树结构特点,利用识别的标签数目对树结构中右节点标签进行估计并进行分组识别,经过多次调整的自适应多分支防碰撞算法,可以规避一次标签估计所引入的估计误差,从而提高系统的识别效率。仿真结果表明自适应多分支算法可以大大提高标签识别效率,在标签数量较大时系统效率可达43%左右。同时该算法实现简单,只需在阅读器中增加若干计数器,不需要改变任何空中接口,很容易与现有协议兼容。     

基于扫掠球量的快速距离计算

引入扫掠球量作为包围量.扫掠球是一系列相对于核基本形状以某一等距向外扩展而形成的包围量.核基本形状包括点,线段和矩形.这些包围量可以提供对被包围物体的不同的紧密性.基于这些包围量,建立混合层次并且采用有效而准确的算法可以计算两物体之间的距离,并可通过在返回值中引入相对误差来进一步提高算法效率.