包围盒碰撞检测技术的研究

碰撞检测是虚拟现实开发中物理建模的重要技术,主要用于加强虚拟现实环境的真实感。文章首先介绍目前常用的基于包围盒的碰撞检测技术,再从简单性和紧密性方面对其进行分析比较。     

双机械臂碰撞检测算法研究

为保障双机械臂在公共活动空间的安全性,提出了一种准确高效的碰撞检测算法。采用球体和胶囊体包围盒简化机械臂模型,根据包围盒之间的相交情况判断是否发生碰撞。通过二次投影法实现快速检测,将包围盒投影为线段,若投影线段未重叠则包围盒未相交;若投影线段有重叠,则将问题进一步转化为空间点到点、点到线段、线段到线段的最短距离求解。通过仿真软件和实体机械臂实验平台对算法进行了分析,结果说明,该算法检测效率高,可直接植入机械臂控制器程序中,满足安全性需要。     

基于包围盒的机床碰撞检测系统算法研究

碰撞检测是数控机床防碰撞系统的核心技术,基于包围盒的碰撞检测算法是一种比较有效的碰撞检测算法.介绍了基于OBB层次包围盒算法开发的数控机床碰撞检测系统,并针对机床模型的特点,提出了算法的一种优化方法.     

碰撞检测中的层次包围盒算法研究

详细介绍基于层次包围盒的碰撞检测算法,并着重对各种包围盒进行分析比较.分析结果表明:包围盒的简单性和紧密性相矛盾,如何更好地兼顾简单性和紧密性成为选择包围盒的关键;应根据不同的碰撞概率以及对碰撞检测精度要求的不同,采用不同类型的包围盒和检测深度,以提高检测效率和适用性.     

面向遥操作机器人的混合层次包围盒碰撞检测

虚拟现实在遥操作机器人系统中克服时延的影响、提高操作安全性和作业效率等方面有着重要作用。为了提高虚拟环境中碰撞检测的效率和精度,提出基于混合层次包围盒和多线程的快速计算方法：用包含包围球、轴对齐包围盒和方向包围盒树的混合层次包围盒进行快速剔除测试,并用三角面片间的测试确定物体是否干涉及干涉位置,用多线程技术来加速场景的遍历、层次结构下降及干涉三角形的绘制。仿真实验结果证明了该方法在提高检测速度方面的有效性。     

一种适用于虚拟数控机床的碰撞检测算法

虚拟数控机床碰撞检测系统是对实际加工中刀具的快速定位、刀具与加工环境设备的碰撞以及对NC程序编写错误导致的碰撞进行检测,从而避免刀具的损坏及设备事故的发生。在分析了FDH包围盒和AABB包围盒等的优缺点之后,提出了一种适用于数控系统设备模型的碰撞检测方法,即对设备模型的包围盒进行预处理、包围盒分割并逐步求精的方法。降低了算法的复杂度,提高了数控加工中碰撞检测的效率。     

基于包围盒和三角面片的碰撞检测优化算法

通过将碰撞干涉检测优化为粗检测和精检测两部分,粗检测采用改进的OBB层次包围盒算法,精检测采用基于三角形面片相交检测的优化算法,在保证运算精度的情况下提高碰撞检测速度.粗检测部分通过改进构造OBB层次包围盒的算法,在提高包围盒紧密性的同时改善包围盒树的存储结构;精检测部分通过运用一种基于三角形面片相交检测的优化算法,减少了算法总的计算量及所需变量数目,从而提高了系统的实时性.最后进行仿真测试,结果证明检测速度明显提高.     

大型螺旋桨五轴加工中基于方向包围盒层次树的全局干涉碰撞检测

针对大型螺旋桨五轴加工中重叠区存在的全局干涉碰撞，构建了一种基于动态OBB层次树的检测算法：建立螺旋桨和特殊铣刀头的方向包围盒层次树，利用多刚体系统的运动学理论，获得螺旋桨和特殊铣刀头在每个加工位置处包围盒的动态坐标变换矩阵，根据分离轴理论，实现每个加工位置的全局干涉碰撞检测。通过包围盒分组以及运动趋势判断，提高了全局干涉碰撞检测算法的效率。     

电流反馈的机械臂碰撞检测研究

本文以机械臂碰撞检测为研究对象,提出了 一种基于电流变化速度的碰撞检测方法,弥补动力学模型理论电流的碰撞检测方法存在参数辨识过程复杂、对动力学模型精度要求高等缺点.试验发现在机械臂有碰撞的时候会产生电流突变,当电流变化速度大于给定的阈值时就判定有碰撞.通过大量试验发现电机不同转速下电流变化速度的阈值也不同,于是提出电机...     

基于二分试探的平面冗余机械臂碰撞检测与避障

针对协作机械臂与未知环境安全交互问题,提出基于二分试探的平面冗余机械臂碰撞位置检测与虚拟碰撞空间估计方法,基本思想为碰撞臂杆绕选定二分点旋转微小角位移,期间根据关节电流信息判断是否发生进一步碰撞,从而确定碰撞位置所处二分区间,以此迭代试探缩小碰撞位置估计误差至可接受范围。建立冗余机械臂碰撞臂杆以选定二分点为不动点的逆运动学模型,解决机械臂二分试探运动控制问题;通过简化改进二阶前馈外力观测器,建立基于关节电流的快速碰撞检测算法;根据碰撞位置与碰撞臂杆位姿信息,建立基于包络法的虚拟碰撞空间模型,以近似表征障碍物空间信息。仿真与实验结果表明,所提出的基于二分试探的碰撞位置检测与虚拟碰撞空间估计方法,可为主从任务转化闭环控制避障算法提供有效的障碍物信息,实现平面冗余机械臂安全避障,提高协作机械臂与环境交互安全性。     

基于包围盒十字相交的装配干涉检测方法

鉴于现有装配干涉检测方法仅限于利用包围盒排除不干涉的对象,提出轴向包围盒和方向包围盒的十字相交判断方法,使得基于包围盒即可检测出零件在平移过程中产生的硬干涉关系,从而有效缩短检测时间。利用基于扩展结构的层次包围盒逐渐逼近且紧密包覆几何模型、排除不可能干涉的零件并进行包围盒十字相交判断,可大幅度减少干涉检测的运算量并提高算法效率。基于包围盒十字相交判断与层次包围盒,提出面向零件平移的装配干涉检测算法和流程。在AeroAssem装配设计系统中实现了该方法,通过在装配干涉矩阵生成中的实例验证分析,说明所提方法是有效的和精确的,可广泛应用于装配规划与仿真等设计任务中。     

基于椭球包围盒的锥束CT三维加权重建算法

提高锥束CT大锥角圆轨道扫描下的重建图像质量一直是CT成像技术的重要研究方向。分析了圆轨道扫描下Radon空间的Z向数据缺失特点和FDK算法的灰度下降规律,提出了一种基于椭球包围盒的锥束CT三维加权重建算法。该算法无需重排,只需利用投影数据获取重建物体的最小包围盒,并根据其内接椭球的大小和空间位置自动生成三维加权函数,在反投影阶段加入该加权函数即可实现。该算法不会引入其他伪影,计算量增加很小,并且在中心层与FDK算法等价。仿真扫描实验表明,该算法显著提高了FDK算法的准确性,减小了锥角伪影。     

基于非线性主成分分析的最小包围盒计算方法

研究了三维模型最小有向包围盒算法,提出了基于非线性主成分分析的最小包围盒计算框架,根据Voronoi区域和Baryccntric区域定义了顶点区域面积,并根据非线性主成分分析原理,使用顶点区域面积对各顶点进行调制,消除顶点分布的不均匀性,再使用传统主成分分析得到目标正交坐标系,从而得到最小包围盒.最后,定义了一个相似度系数,来度量最小包围盒的计算效果.通过实验表明,使用顶点面积进行凋制可以得到比其他方法更稳定的结果,且计算复杂度较小.     

基于自适应包围盒划分的体绘制加速方法研究

针对医学影像体绘制计算量大,绘制速度慢,实时性差的问题,利用GPU可编程图形流水线完成了对算法的硬件加速,并采用空域跳过技术对基于GPU的光线投射算法进行了改进。提出了一种基于图像分割和窗技术的自适应包围盒划分策略以提高体绘制速度;对体绘制过程中产生的阶梯状伪影,通过频繁在体数据和分割掩模纹理之间切换采样或在获得真正的投射光线采样起点后便不再对分割掩模进行采样两种方法可有效去除阶梯状伪影。实验结果表明,本文提出的加速算法绘制速度可提高3倍以上。     

面向路径规划的碰撞检测算法研究

为了提高虚拟环境下路径规划中碰撞检测的质量与效率,提出一种面向路径规划的连续碰撞检测算法。分析了面向路径规划的碰撞检测的空间与时间特点,给出了算法实现的基本流程。该方法综合运用投影技术和层次包围盒法,显著降低了计算的复杂度,便于运用在工程实践中,并在装配工艺设计工具上对其进行了可行性验证。     

基于球和线段Minkowski和的碰撞检测研究

机器人的模型可以简化成球和线段的Minkowski和而成,由此机器人的碰撞检测问题简化成发两条空间线段最短距离的计算.把两条线段的相对位置分成三类情况,分别寻找两条线段的最近特征点,得到两条线段的最近距离.最后通过实验验证算法的正确性.     

自适应退火遗传算法的起重机箱形梁优化

为克服标准遗传算法的固有缺陷——停滞和早熟现象,将具有较强局部收索能力的模拟退火算法融入其中,对适应函数进行退火拉伸,对接受算子进行退火处理,同时加入自适应机制来改进标准遗传算法的杂交率和变异率,尤其对变异率的调整,使其既能根据个体适应值的大小进行自适应修正,也能随进化状态的改变而改变,从而增强了算法摆脱局部最优解的能力.以最终形成了自适应退火遗传算法进行起重机主梁优化.经实例验证:与原标准遗传算法相比,在保证收敛结果不变的情况下,收敛速度和全局收敛性都得到了较大提高.