[发明专利]一种机器人关节与几何体碰撞的检测方法

说明书

本发明属于碰撞检测技术领域，具体涉及一种机器人关节与几何体碰撞的检测方法，包括下列步骤：S1、将机器人各运动关节等效为最大包络圆柱体；S2、将几何体有可能与关节碰撞的面等效为长为l，宽为s的最大包络矩形；S3、检测最大包络矩形的四条边是否与最大包络圆柱体碰撞；S4、检测最大包络矩形平面是否与最大包络圆柱体碰撞；S5、若S3和S4中最大包络矩形的四条边、最大包络矩形平面与最大包络圆柱体均不发生碰撞，则该最大包络矩形与最大包络圆柱体不碰撞；否则发生碰撞。本发明在检测过程中无需附加任何传感器，对机器人的结构无需任何修改，对工况没有任何限制，成本低，且程序简单，执行效率高。本发明用于机器人关节与几何体碰撞的检测。

技术领域

本发明属于碰撞检测技术领域，具体涉及一种机器人关节与几何体碰撞的检测方法。

背景技术

随着机器人产业的不断发展，人们对机器人的要求越来越高，尤其是在机器人安全性能方面。因此，在实际应用过程中，碰撞检测是非常必要的，它不仅能保障机器人本体的安全，更能起到保护外界物体或人员的安全。

机器人碰撞检测一般分为两个部分：机器人关节间的碰撞检测和机器人与外界环境间的碰撞检测。对于机器人关节间的碰撞检测，最常见的方法是圆柱体模型法，该方法中将机器人各运动关节的具体结构简化为具有一定直径的包络圆柱体，并按照有界圆柱体的几何要素将两圆柱体的碰撞类型分为：平行碰撞，不平行时的柱面与柱面碰撞、端面与柱面碰撞和端面与端面碰撞，通过比较两圆柱轴线距离与两圆柱半径之和大小、两圆柱中心之间距离与两圆柱长度一半之和大小、端面圆心到另一圆柱轴线距离与两圆柱半径之和大小等等，进而判断属于哪种碰撞类型，从而实现机器人各关节间的碰撞检测研究。

对于机器人与外界环境间的碰撞检测，最常见的方法主要有基于路径规划和力矩传感器的检测方法。基于路径规划的检测方法计算量往往很大，且需要针对特定的工作空间；基于力矩传感器的检测方法，由于需要额外增加传感器，增加了碰撞检测成本，而且由于安装的需要有可能需要改变机器人的结构，操作较为不便。

专利CN2010260907公开了一种通过计算一个碰撞标量来衡量机器人在实时运作中是否发生碰撞，这种检测方法涉及两个变量，一个是位置误差，一个是电机的电流值。由于电机的电流值无法获得，需要在电机上安装电流传感器，这无疑增加了碰撞检测的成本。

发明内容

针对上述碰撞检测方法检测成本高的技术问题，本发明提供了一种无需附加传感器、对机器人的结构无需修改、对工况没有任何限制的机器人关节与几何体碰撞的检测方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种机器人关节与几何体碰撞的检测方法，包括下列步骤：

S1、将机器人各运动关节等效为包络圆柱体；

S2、将几何体有可能与关节碰撞的面等效为长为l，宽为s的包络矩形；

S3、检测包络矩形的四条边是否与包络圆柱体碰撞；

S4、检测包络矩形平面是否与包络圆柱体碰撞；

S5、若S3和S4中包络矩形的四条边、包络矩形平面与包络圆柱体均不发生碰撞，则该包络矩形与包络圆柱体不碰撞；否则发生碰撞。

所述S1中包络圆柱体的底面半径为r、高为h，所述包络圆柱体的轴线中点坐标为C(x_c，y_c，z_c)，所述包络圆柱体的轴线单位方向向量为所述包络圆柱体的端面的圆心坐标为C₁(x_c1，y_c1，z_c1)和C₂(x_c2，y_c2，z_c2)。