雙臂移動(dòng)機(jī)器人三維仿真中碰撞檢測的研究.pdf

1、本文以上海交通大學(xué)與日本株式會(huì)社安川電機(jī)合作的國際項(xiàng)目“雙臂輪式移動(dòng)服務(wù)型機(jī)器人圖形化編程與三維仿真”為課題背景,圍繞著雙臂輪移動(dòng)機(jī)器人SmartPal在三維仿真環(huán)境下需要解決的碰撞檢測問題,進(jìn)行了基于Vclip算法的機(jī)器人碰撞檢測研究。實(shí)現(xiàn)了在普通PC機(jī)上雙臂移動(dòng)機(jī)器人SmartPal的本體與手臂的避碰及與環(huán)境的避碰。為了三維仿真環(huán)境中提高碰撞檢測的實(shí)時(shí)性,根據(jù)虛擬機(jī)器人手臂,身體,抓手和虛擬場景中的物體不同的精度要求,提出了采用不同

2、的包圍盒算法和利用局部搜索方法,解決了在PC機(jī)上完成了機(jī)器人SmartPal碰撞檢測的三維仿真。論文中針對(duì)雙臂輪移動(dòng)機(jī)器人SmartPal存在非凸多面體的情況,提出了非凸模型的碰撞檢測方法,采用VRML標(biāo)準(zhǔn)層次結(jié)構(gòu)對(duì)非凸模型進(jìn)行分解,轉(zhuǎn)換為一系列簡單的結(jié)構(gòu)子模型,并為每個(gè)子模型構(gòu)造對(duì)應(yīng)的AABB或OBB包圍盒。AABB包圍盒構(gòu)造簡單計(jì)算效率高但精度低,OBB包圍盒緊密性好但由于其構(gòu)造復(fù)雜所耗費(fèi)時(shí)間較長。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要,設(shè)計(jì)了碰撞模型轉(zhuǎn)

3、化閾值k(本文中根據(jù)機(jī)器人抓取需要設(shè)定為5mm),當(dāng)檢測到距離大于等于k時(shí)調(diào)用AABB包圍盒,距離小于k時(shí)則調(diào)用其OBB包圍盒計(jì)算,這樣保證高精度的前提條件下,有效地滿足了碰撞檢測的實(shí)時(shí)要求,同時(shí)也解決了一般碰撞檢測算法只適用于凸多面體的不足。對(duì)凸多面體則根據(jù)模型特點(diǎn)直接構(gòu)造其相應(yīng)的包圍盒。利用高效的Vclip碰撞庫實(shí)現(xiàn)包圍盒間的碰撞計(jì)算。該碰撞檢測方案的一個(gè)具體應(yīng)用是根據(jù)手臂運(yùn)動(dòng)學(xué)利用碰撞檢測信息實(shí)現(xiàn)了SmartPal抓手端杯的操作,