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申请/专利权人：北京航天飞行控制中心

摘要：本发明涉及一种机械臂碰撞检测方法、系统、存储介质和机械臂，首先，对机械臂和所述机械臂的周围的碰撞场景进行物理建模，然后，根据所述模型文件构建包括多个叶节点和非叶节点的整体树结构，并计算所述整体树结构的每个叶节点的包围盒，以及计算每个非叶节点的包围盒，当所述机械臂的至少一个关节旋转时，通过判断是否存在投影重叠的两个包围盒，来确定机械臂是否发生碰撞，一方面，包围盒相比于矩形、圆柱等简单的形状，能更准确表征机械臂的几何外形，提高碰撞检测的精度和准确度，另一方面，随着机械臂的关节的角度变化，机械臂呈现出不同的外形状态时，能灵活满足对机械臂的运动过程的动态碰撞检测的要求。

主权项：1.一种机械臂碰撞检测方法，其特征在于，包括：对机械臂和所述机械臂的周围的碰撞场景进行物理建模，得到模型文件；根据所述模型文件构建包括多个叶节点和非叶节点的整体树结构，其中，叶节点表示从所述模型文件获取的机械臂的关节的几何外形、旋转轴的几何外形和或所述碰撞场景中的碰撞障碍的几何外形，非叶节点表示标签；计算所述整体树结构的每个叶节点的包围盒，以及计算每个非叶节点的包围盒，任一非叶节点的包围盒指该非叶节点的所有子节点的包围盒的并集；当所述机械臂的至少一个关节旋转时，当判断出任意两个存在投影重叠的包围盒时，则确定所述机械臂发生碰撞，当每两个包围盒均不存在投影重叠，则确定所述机械臂没有发生碰撞；所述模型文件还包括每个旋转轴的方向向量和每个旋转轴上任一点的三维坐标，判断是否存在投影重叠的两个包围盒之前，还包括：根据所有旋转的关节对应的每个旋转轴的方向向量和每个旋转轴上任一点的三维坐标，更新所有旋转的关节对应的每个叶节点的包围盒和每个非叶节点的包围盒；在物理建模时，每个旋转轴定义了相应关节的运动方式，用旋转轴任一点的三维坐标x0,y0,z0和旋转轴的方向向量Vx,Vy,Vz表示，那么，由于该旋转轴的旋转向量为Vx,Vy,VzT，当机械臂的至少一个关节旋转时，并带动该旋转轴进行旋转，旋转角度为α，那么，令沿Vx,Vy,VzT旋转α角度的旋转矩阵为M，则三维坐标x0,y0,z0变换后的坐标计算如下：实现对机械臂的几何外形的更新；所述确定所述机械臂发生碰撞之前，还包括：根据所述机械臂的每个关节的几何外形、每个旋转轴的几何外形和所述碰撞障碍的几何外形，得到三角网格；从所述三角网格中获取每个叶节点所分别对应的多个三角面片，并根据每个叶节点所分别对应的多个三角面片，判断是否存在任意两个具有相交关系的叶节点，得到判断结果；所述确定所述机械臂发生碰撞，包括：当所述判断结果为是时，则确定所述机械臂发生碰撞；判断任意两个叶节点是否具有相交关系的过程，包括：利用分离轴方法，判断任意两个叶节点中的任一叶节点的每个三角面片与另外一个叶节点的每个三角面片之间是否存在分离面，若是，则该两个叶节点不具有相交关系，若否，则该两个叶节点具有相交关系；三角面片P的顶点为顶点A、顶点B和顶点C，三角面片Q的顶点为顶点D、顶点E、顶点F，选择一个三角形即三角面片的一条边和另一个三角形的一个顶点，构成的平面即为可能的分离面，共有12种可能的分离面，分别判断每种可能的分离面是否将三角面片P和三角面片Q分开，从而判断两个三角面片是否分离，以选择边AC和顶点E构成的可能的分离面进行判断的算法步骤如下：1由边AC和顶点E的三维坐标，计算顶点A、顶点C、顶点E所在的面的方程；2将顶点B和顶点D、顶点F三个点的三维坐标代入顶点A、顶点C、顶点E所在的面的方程，判断三个顶点位于面的上方还是下方；3若顶点D、顶点F位于面的同侧，且顶点B位于面的另一侧，则判定该可能的分离面将两个三角形分离，即该可能的分离面为分离面，否则，判定该分离面未能将两个三角形分离。

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