机械臂运行过程中,机械臂之间及机械臂与外部环境中的人和物易发生碰撞,造成财产损失或人员受伤甚至死亡。针对此,在对比分析目前主流的路径规划算法后,将卷积神经网络与RRT Connect算法进行融合,弥补了原始算法随机性强、算法执行效率慢等缺点;同时将数字孪生引入到碰撞检测过程中,建立起虚实系统之间的数据交互,实现对抓取系统的实时监测。最后,基于CoppeliaSim软件搭建了机械臂孪生仿真平台并开展了仿真实验。结果表明提出的检测方法具有抓取精度高、稳定性强及可靠性高的优势。

现有大多数碰撞检测方法仅能通过包围盒检测出发生碰撞的零部件,无法给出具体干涉量实现精确检测。飞机部件点云数据在CATIA中进行装配和碰撞检测,可以提前发现配合问题指导后续装配,大幅提高飞机生产效率。鉴于此提出一种飞机插配部件装配的碰撞检测方法。首先对零部件装配特征进行特征识别及坐标转换,利用包围盒法确定移动部件运动过程中的初步干涉关系,再用三维求交法计算出移动部件与固定部件的精确渗透深度,给出干涉分布。最后通过CAA二次开发展示了该方法的有效性。

针对当前商品化三维CAD系统自动爆炸功能存在爆炸不完全、位置不合理、不能再次调整等问题,提出了一种基于微位移和碰撞检测的分层自动爆炸方法。该方法首先根据装配约束情况确定一个优化的试爆炸顺序,并将模型分为多个试爆炸层,然后针对每一层的零部件,通过基于微位移和碰撞检测的方法来确定爆炸方向,最后基于包围盒计算爆炸距离,完成模型的自动爆炸。基于CATIA开发了自动爆炸图制作工具,以某减速器装配体为例,验证了该方法的有效性。

在我国高速动车组迅速发展的背景下,针对传统动车组检修培训成本高、效率低、周期长等问题,提出了虚拟检修视点模拟方法和改进的漫游碰撞检测算法模拟动车组检视检修,采用关键帧插值方法模拟检修拆装过程,开发和实现了基于虚拟现实技术的动车组虚拟检修培训系统。系统测试结果表明系统设计的可行性,能够满足检修人员在虚拟检修环境中目测和拆装仿真的要求,使虚拟检修仿真效果更加逼真,为提高动车组检修技术培训效率提供有效工具。

为保障双机械臂在公共活动空间的安全性,提出了一种准确高效的碰撞检测算法。采用球体和胶囊体包围盒简化机械臂模型,根据包围盒之间的相交情况判断是否发生碰撞。通过二次投影法实现快速检测,将包围盒投影为线段,若投影线段未重叠则包围盒未相交;若投影线段有重叠,则将问题进一步转化为空间点到点、点到线段、线段到线段的最短距离求解。通过仿真软件和实体机械臂实验平台对算法进行了分析,结果说明,该算法检测效率高,可直接植入机械臂控制器程序中,满足安全性需要。

基于Pro/E和Division MockUp构建了液力变矩器虚拟装配过程仿真流程,论述了面向Divi-sion的虚拟装配模型转化方法和基于图论割集理论的装配顺序规划方法。建立了某综合式液力变矩器虚拟装配模型,进行了装配过程仿真和分析,结果表明所建仿真模型是合理的,提出的装配过程是可行的。

针对煤矿事故救援训练时高成本、耗时长、缺乏灵活性、不能适应复杂的变化、存在危险的问题,提出了一个将训练过程以游戏的方式进行的虚拟煤矿事故救援训练系统设计方案。分析了该系统的总体结构,阐述了该系统各模块的功能。并结合实际开发经验,就三维建模、粒子系统、碰撞检测等技术进行了探讨。

为了保证人机安全,需要对机器人作业轨迹进行避碰检查。针对机器人仿真系统中的碰撞检测问题,研究一种基于八叉树结构的层级式三角形面片碰撞检测模型,以包围盒干涉检查作为粗检测,三角形面片相交检测作为精检测。为提高三角形相交检测效率,提出一种基于截距式方程的三角形干涉算法。将三维空间中的三角形映射到二维平面,避免了传统三角形相交检测中标量判别法与矢量判别法的复杂计算。最后在机器人仿真系统中验证了该碰撞检测算法的有效性。

为提高协作机器人高速运行时碰撞检测灵敏性,提出一种基于动量观测器和双编码器的碰撞检测方法。基于广义动量的动力学模型构建机器人外力矩观测器;利用双编码器的实时位置偏差和机器人关节传动结构等效柔性特征估计外力矩;设计反应策略实现碰撞后机器人快速停车及能被人工推动。仿真和实验结果表明:在机器人高速运行时,相比传统的基于动量偏差观测器算法,此算法响应时间更短,最大碰撞力更小,提升了高速下碰撞的检测灵敏度,增强了安全防护

以一个6自由度关节型焊接机器人为对象，对其进行了虚拟现实仿真技术的研究，提出了一种基于Unity 3D引擎、[JP2]使用C#语言开发的虚拟现实仿真系统的设计。研究内容包括：三维建模和优化处理、模型及场景的实时加载、人机交互界面的设计、运动仿真、虚拟机器人与实际机器人的运动同步和位姿同步、简单临场感的实现、碰撞检测功能。通过对焊接机器人虚拟现实技术的研究，可以有效降低焊接过程中操作人员的作业风险，对焊接机器人工作过程中的远程监控具有较大的研究意义。