本發(fā)明涉及自動(dòng)化裝配領(lǐng)域，尤其是一種面向自動(dòng)裝配的碰撞檢測方法。

背景技術(shù)：

隨著工業(yè)自動(dòng)化的迅速發(fā)展，信息技術(shù)的在工業(yè)中廣泛應(yīng)用，而我國傳統(tǒng)制造行業(yè)在技術(shù)設(shè)備和能源消耗的水平一直比較落后。制造過程中重復(fù)復(fù)雜的流水作業(yè)，導(dǎo)致大量的人力物力的消耗且人工操作不精確等不適因素，所以工業(yè)制造中面臨著上述嚴(yán)峻形勢，企業(yè)為了降低生產(chǎn)成本，增加工業(yè)裝配的可視化、自動(dòng)化、無人化，需充分將信息技術(shù)和工業(yè)化技術(shù)的相結(jié)合。其中精細(xì)生產(chǎn)加工領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行自動(dòng)裝配過程中，傳統(tǒng)的AABB包圍盒碰撞檢測方法精度不高，只能用于模糊檢測。而OBB包圍盒碰撞檢測方法也存在著構(gòu)建復(fù)雜、耗時(shí)等不足。上述兩種包圍盒碰撞結(jié)合繁瑣，實(shí)現(xiàn)難度大，需要多次進(jìn)行碰撞檢測。

綜上所述，在面向自動(dòng)裝配過程中，三維碰撞模型裝配尺寸不一，形狀復(fù)雜，對碰撞精度和碰撞檢測耗時(shí)要求較高。因此，我們需要一種更先進(jìn)的碰撞檢測方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供一種計(jì)算簡單、效率高、耗時(shí)短、精度高的基于Minkowski和面向自動(dòng)裝配的碰撞檢測方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用了以下技術(shù)方案：

本發(fā)明所述方法步驟如下：

步驟1，在預(yù)處理階段，使用攝像頭視覺定位，提取配件的三維模型，根據(jù)三維模型信息，在SolidWorks中對三維模型進(jìn)行爆炸分析，獲得碰撞模型幾何體樹；

步驟2，根據(jù)模型爆炸圖，提取單位裝配體模型，生成樹的左右子樹，通常讀取off格式文件，文件中包括頂點(diǎn)坐標(biāo)和各個(gè)面坐標(biāo)點(diǎn)標(biāo)識(shí)；

步驟3，根據(jù)對稱影像原理，將單位待裝配對接部分繪制出原點(diǎn)對稱多面體；

步驟4，獲取off文件中信息，并計(jì)算得出單位裝配模型和待裝配模型點(diǎn)法向量及面的信息；

步驟5，根據(jù)提取的單位裝配模型的面的信息，分別投影生成xOy面、xOz面、yOz面上的多邊形，將兩兩投影生成的多面體自然連接計(jì)算Minkowski和多邊形，根據(jù)每個(gè)面上的結(jié)果多邊形信息，進(jìn)行三維重建，得到Minkowski和單形體；

步驟6，根據(jù)結(jié)果單形體，獲取單位裝配模型的裝配軸線，根據(jù)結(jié)果面中坐標(biāo)原點(diǎn)與Minkowski和單行體面的關(guān)系，獲取單位裝配模型與待裝配模型的有向距離，進(jìn)而判斷是否已碰撞干涉；若發(fā)生干涉，計(jì)算模型中發(fā)生交迭的區(qū)域，并計(jì)算交迭量；若未發(fā)生干涉，獲取單位裝配模型與待裝配模型的方向，計(jì)算單位裝配模型與待裝配模型的最近距離量，產(chǎn)生最小距離的裝配體上的面-點(diǎn)或者面-面，引導(dǎo)單位裝配體和單位待裝配體達(dá)到完美位置，并判斷裝配的完成；

步驟7，根據(jù)檢測結(jié)果，利用控制量指導(dǎo)裝配體的自動(dòng)裝配。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：在裝配過程中大大減少碰撞檢測時(shí)由于裝配體的復(fù)雜結(jié)構(gòu)而帶來的誤差，完成整個(gè)配件裝配過程，提高了裝配的準(zhǔn)確性，大大降低了控制的復(fù)雜性，不穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明方法的碰撞檢測示意圖。

圖2為本發(fā)明方法的結(jié)構(gòu)框圖。

圖3為本發(fā)明方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明：

如圖1所示，由于尺寸不一，人力測量無法達(dá)到精準(zhǔn)，需要從攝像頭圖像識(shí)別采集，獲取到配件三維模型的位置坐標(biāo)，以及三維模型多面體中坐標(biāo)的定位信息。在歐幾里得空間中，在保證碰撞檢測進(jìn)行裝配的精度前提下，簡化模型的復(fù)雜度。對提取到的實(shí)體模型進(jìn)行爆炸分析，剖分為單位待裝配體和單位裝配體且兩兩一組。

計(jì)算機(jī)讀取到所需裝配多面體并提取信息，投影計(jì)算各個(gè)面下的Minkowski和多邊形，三維重建構(gòu)造并繪制出歐幾里得空間中Minkowski和多面體，根據(jù)每組單位裝配體和待裝配體構(gòu)造的Minkowski和，判斷原點(diǎn)到Minkowski和的精確位置關(guān)系。

本發(fā)明方法的具體步驟如圖2、3所示：

步驟1，在預(yù)處理階段，使用攝像頭視覺定位，提取配件的三維模型，根據(jù)三維模型信息，在SolidWorks中對三維模型進(jìn)行爆炸分析，獲得碰撞模型幾何體樹；

步驟2，根據(jù)模型爆炸圖，提取單位裝配體模型，生成樹的左右子樹，通常讀取off格式文件，文件中包括頂點(diǎn)坐標(biāo)和各個(gè)面坐標(biāo)點(diǎn)標(biāo)識(shí)；

步驟3，根據(jù)對稱影像原理，將單位待裝配對接部分繪制出原點(diǎn)對稱多面體；

步驟4，獲取off文件中信息，并計(jì)算得出單位裝配模型和待裝配模型點(diǎn)法向量及面的信息；

步驟5，根據(jù)提取的單位裝配模型的面的信息，分別投影生成xOy面、xOz面、yOz面上的多邊形，將兩兩投影生成的多面體自然連接計(jì)算Minkowski和多邊形，根據(jù)每個(gè)面上的結(jié)果多邊形信息，進(jìn)行三維重建，得到Minkowski和單形體；

步驟6，根據(jù)結(jié)果單形體，獲取單位裝配模型的裝配軸線，根據(jù)結(jié)果面中坐標(biāo)原點(diǎn)與Minkowski和單行體面的關(guān)系，獲取單位裝配模型與待裝配模型的有向距離，進(jìn)而判斷是否已碰撞干涉；若發(fā)生干涉，計(jì)算模型中發(fā)生交迭的區(qū)域，并計(jì)算交迭量；若未發(fā)生干涉，獲取單位裝配模型與待裝配模型的方向，計(jì)算單位裝配模型與待裝配模型的最近距離量，產(chǎn)生最小距離的裝配體上的面-點(diǎn)或者面-面，引導(dǎo)單位裝配體和單位待裝配體達(dá)到完美位置，并判斷裝配的完成；

步驟7，根據(jù)檢測結(jié)果，利用控制量指導(dǎo)裝配體的自動(dòng)裝配。

將算法應(yīng)用于緊固件的自動(dòng)裝配中，如螺絲與螺母的若干涉則返回干涉量，干涉方向，所涉及干涉面，對3萬面片以上的模型的碰撞檢測中，算法執(zhí)行復(fù)雜度低于其他算法，且時(shí)間單位為較小量化級，滿足了裝配的精確性和高效性。

以上所述的實(shí)施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。