[发明专利]一种多机械臂协同的快速自碰撞检测方法

说明书

本发明提出了一种多机械臂协同的快速自碰撞检测方法，其步骤如下：将多条机械臂各运动关节以及与之固连的结构件放大后等效为最大包络的长方体，并分别建立关节坐标系和长方体坐标系；根据机械臂运动关节的位置及关节坐标系之间、关节坐标系与长方体坐标系之间的关系，计算各长方体的位姿；根据长方体的位姿，确定长方体在另一个长方体坐标系的顶点，根据顶点坐标和两个长方体在不同方向的投影是否重叠判断两个没有直接相连的长方体是否发生碰撞；重复直到某两个长方体发生碰撞，否则多机械臂自身不碰撞。本发明避免了额外增加传感器，对工况没有任何限制，成本低，且计算简单，执行效率高；既适用于主动检测，又适用于碰撞预警。

技术领域

本发明涉及碰撞检测的技术领域，尤其涉及一种多机械臂协同的快速自碰撞检测方法。

背景技术

随着机器人技术的发展，机械臂变得越来越灵活，为了保证多自由度机械臂的自身安全，这就需要机械臂能有快速自碰撞检测的功能。许多工程机械上装有多条机械臂，如多臂凿岩台车、拱架安装台车，这些设备既需要考虑单条臂内部各关节间的碰撞检测，又需要考虑多条工作臂之间的自碰撞检测，还需要考虑工作臂与吊篮臂之间的碰撞检测。

基于力传感器或电流传感器的碰撞检测是工业机械臂常用的碰撞检测方法，但这种方法需要安装高精度传感器，增加了机械臂的成本。申请号为202010323632.7的中国发明专利公开了一种空间机械臂的快速自碰撞检测方法，采用球体包围盒方法空间机械臂进行球体包围盒的模型包络，能够保证在有限资源下针对空间机器人嵌入式系统能够实时有效检测自身碰撞；采用两层碰撞检测方案，保证快速自碰撞检测方法有效。但是，机械臂的构件大多为条状，一个运动构件需要用多个球体进行包络，而且相邻两个球体间有较大的重叠部分，这导致碰撞体数目成倍增加，增加了内存成本和检测次数。

发明内容

针对现有多条机械臂间的自碰撞检测需求，避免额外增加传感器增加成本的技术问题，本发明提出一种多机械臂协同的快速自碰撞检测方法，基于关节位置，避免了额外增加传感器，对工况没有任何限制，成本低，且计算操作简单，执行效率高。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种多机械臂协同的快速自碰撞检测方法，其步骤如下：

步骤一：将多条机械臂各运动关节以及与之固连的结构件放大后等效为最大包络的长方体，并分别建立关节坐标系和长方体坐标系；

步骤二：根据机械臂运动关节的位置及关节坐标系之间、关节坐标系与长方体坐标系之间的关系，计算各长方体的位姿；

步骤三：根据步骤二中长方体的位姿，确定长方体在另一个长方体坐标系的顶点，根据顶点坐标和两个长方体在不同方向的投影是否重叠判断两个没有直接相连的长方体是否发生碰撞；

步骤四：重复步骤三直到某两个长方体发生碰撞，否则多机械臂自身不碰撞。

优选地，所述关节坐标系为第i条机械臂的第j个关节的关节坐标系(i,j)；与关节坐标系(i,j)相对应的长方体坐标系为长方体坐标系(i,j′)，长方体坐标系(i,j′)为第i条机械臂的第j个关节的最大包络的长方体的中心点上的坐标系。通过关系坐标系和长方体坐标系进行分别表示，实现它们之间的关联。

优选地，所述长方体坐标系(i,j′)的坐标轴方向与最大包络的长方体的棱线平行。方便坐标的确定。