CN106447781A - 一种基于Minkowski和面向自动装配的碰撞检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于Minkowski和面向自动装配的碰撞检测方法，步骤如下：对现实配件模型进行提取，对模型进行爆炸构造，建立装配模型几何体树，加载并投影两个三维装配模型；碰撞检测阶段，计算二维下Minkowski和多边形，三维重建生成Minkowski多面体，根据Minkowski和的多面体与原点关系，获取干涉量x、y、z和距离d，对整体模型进行精确的碰撞检测。本发明具有计算简单、效率高、耗时短、精度高等优点。

Description

一种基于Minkowski和面向自动装配的碰撞检测方法

技术领域

本发明涉及自动化装配领域，尤其是一种面向自动装配的碰撞检测方法。

背景技术

随着工业自动化的迅速发展，信息技术的在工业中广泛应用，而我国传统制造行业在技术设备和能源消耗的水平一直比较落后。制造过程中重复复杂的流水作业，导致大量的人力物力的消耗且人工操作不精确等不适因素，所以工业制造中面临着上述严峻形势，企业为了降低生产成本，增加工业装配的可视化、自动化、无人化，需充分将信息技术和工业化技术的相结合。其中精细生产加工领域的标准件进行自动装配过程中，传统的AABB包围盒碰撞检测方法精度不高，只能用于模糊检测。而OBB包围盒碰撞检测方法也存在着构建复杂、耗时等不足。上述两种包围盒碰撞结合繁琐，实现难度大，需要多次进行碰撞检测。

综上所述，在面向自动装配过程中，三维碰撞模型装配尺寸不一，形状复杂，对碰撞精度和碰撞检测耗时要求较高。因此，我们需要一种更先进的碰撞检测方法。

发明内容

本发明目的在于提供一种计算简单、效率高、耗时短、精度高的基于Minkowski和面向自动装配的碰撞检测方法。

为实现上述目的，采用了以下技术方案：

本发明所述方法步骤如下：

步骤1，在预处理阶段，使用摄像头视觉定位，提取配件的三维模型，根据三维模型信息，在SolidWorks中对三维模型进行爆炸分析，获得碰撞模型几何体树；

步骤2，根据模型爆炸图，提取单位装配体模型，生成树的左右子树，通常读取off格式文件，文件中包括顶点坐标和各个面坐标点标识；

步骤3，根据对称影像原理，将单位待装配对接部分绘制出原点对称多面体；

步骤4，获取off文件中信息，并计算得出单位装配模型和待装配模型点法向量及面的信息；

步骤5，根据提取的单位装配模型的面的信息，分别投影生成xOy面、xOz面、yOz面上的多边形，将两两投影生成的多面体自然连接计算Minkowski和多边形，根据每个面上的结果多边形信息，进行三维重建，得到Minkowski和单形体；

步骤6，根据结果单形体，获取单位装配模型的装配轴线，根据结果面中坐标原点与Minkowski和单行体面的关系，获取单位装配模型与待装配模型的有向距离，进而判断是否已碰撞干涉；若发生干涉，计算模型中发生交迭的区域，并计算交迭量；若未发生干涉，获取单位装配模型与待装配模型的方向，计算单位装配模型与待装配模型的最近距离量，产生最小距离的装配体上的面-点或者面-面，引导单位装配体和单位待装配体达到完美位置，并判断装配的完成；

步骤7，根据检测结果，利用控制量指导装配体的自动装配。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：在装配过程中大大减少碰撞检测时由于装配体的复杂结构而带来的误差，完成整个配件装配过程，提高了装配的准确性，大大降低了控制的复杂性，不稳定性。

附图说明

图1为本发明方法的碰撞检测示意图。

图2为本发明方法的结构框图。

图3为本发明方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

如图1所示，由于尺寸不一，人力测量无法达到精准，需要从摄像头图像识别采集，获取到配件三维模型的位置坐标，以及三维模型多面体中坐标的定位信息。在欧几里得空间中，在保证碰撞检测进行装配的精度前提下，简化模型的复杂度。对提取到的实体模型进行爆炸分析，剖分为单位待装配体和单位装配体且两两一组。

计算机读取到所需装配多面体并提取信息，投影计算各个面下的Minkowski和多边形，三维重建构造并绘制出欧几里得空间中Minkowski和多面体，根据每组单位装配体和待装配体构造的Minkowski和，判断原点到Minkowski和的精确位置关系。

本发明方法的具体步骤如图2、3所示：

步骤1，在预处理阶段，使用摄像头视觉定位，提取配件的三维模型，根据三维模型信息，在SolidWorks中对三维模型进行爆炸分析，获得碰撞模型几何体树；

步骤2，根据模型爆炸图，提取单位装配体模型，生成树的左右子树，通常读取off格式文件，文件中包括顶点坐标和各个面坐标点标识；

步骤3，根据对称影像原理，将单位待装配对接部分绘制出原点对称多面体；

步骤4，获取off文件中信息，并计算得出单位装配模型和待装配模型点法向量及面的信息；

步骤5，根据提取的单位装配模型的面的信息，分别投影生成xOy面、xOz面、yOz面上的多边形，将两两投影生成的多面体自然连接计算Minkowski和多边形，根据每个面上的结果多边形信息，进行三维重建，得到Minkowski和单形体；

步骤6，根据结果单形体，获取单位装配模型的装配轴线，根据结果面中坐标原点与Minkowski和单行体面的关系，获取单位装配模型与待装配模型的有向距离，进而判断是否已碰撞干涉；若发生干涉，计算模型中发生交迭的区域，并计算交迭量；若未发生干涉，获取单位装配模型与待装配模型的方向，计算单位装配模型与待装配模型的最近距离量，产生最小距离的装配体上的面-点或者面-面，引导单位装配体和单位待装配体达到完美位置，并判断装配的完成；

步骤7，根据检测结果，利用控制量指导装配体的自动装配。

将算法应用于紧固件的自动装配中，如螺丝与螺母的若干涉则返回干涉量，干涉方向，所涉及干涉面，对3万面片以上的模型的碰撞检测中，算法执行复杂度低于其他算法，且时间单位为较小量化级，满足了装配的精确性和高效性。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (1)

1.一种基于Minkowski和面向自动装配的碰撞检测方法，其特征在于，所述方法步骤如下：

步骤1，在预处理阶段，使用摄像头视觉定位，提取配件的三维模型，根据三维模型信息，在SolidWorks中对三维模型进行爆炸分析，获得碰撞模型几何体树；

步骤2，根据模型爆炸图，提取单位装配体模型，生成树的左右子树，通常读取off格式文件，文件中包括顶点坐标和各个面坐标点标识；

步骤3，根据对称影像原理，将单位待装配对接部分绘制出原点对称多面体；

步骤4，获取off文件中信息，并计算得出单位装配模型和待装配模型点法向量及面的信息；

步骤5，根据提取的单位装配模型的面的信息，分别投影生成xOy面、xOz面、yOz面上的多边形，将两两投影生成的多面体自然连接计算Minkowski和多边形，根据每个面上的结果多边形信息，进行三维重建，得到Minkowski和单形体；

步骤6，根据结果单形体，获取单位装配模型的装配轴线，根据结果面中坐标原点与Minkowski和单行体面的关系，获取单位装配模型与待装配模型的有向距离，进而判断是否已碰撞干涉；若发生干涉，计算模型中发生交迭的区域，并计算交迭量；若未发生干涉，获取单位装配模型与待装配模型的方向，计算单位装配模型与待装配模型的最近距离量，产生最小距离的装配体上的面-点或者面-面，引导单位装配体和单位待装配体达到完美位置，并判断装配的完成；

步骤7，根据检测结果，利用控制量指导装配体的自动装配。