数控机床实时碰撞检测算法的研究与实现.pdf

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1、第12期组合机床与自动化加工技术N0．122011年12月ModularMachineTool＆AutomaticManufacturingTechniqueDec．2011文章编号：lOOt一2265(2011)12—0049—04数控机床实时碰撞检测算法的研究与实现吴峰，于东，张晓辉，耿聪，陈龙'(t．中国科学院研究生院，北京100049；2．中国科学院沈阳计算技术研究所，沈阳110168)摘要：碰撞检测是数控机床加工过程中的一个重要功能模块。碰撞检测可以有效地避免刀具与部件发生碰撞，同时可以提高加工的安全性。在研究了大量碰撞检测算法的基础上，提出了一种实时性较好的碰撞检测算法

2、，从而避免了仿真软件检测缺陷。此算法首先在预处理阶段采用轴向包围盒AABB对部件和刀具进行保护区的建立，对碰撞检测进行初步检测。然后采用分离轴理论和长方体相交理论对保护区进行实时碰撞检测。最后对提出的算法进行了仿真验证，验证结果表明该算法可实时完成对碰撞体保护区域的检测。关键词：碰撞检测；包围盒；分离轴理论；长方体相交理论中图分类号：TH16；TG65文献标识码：AResearchofCNCReal-timeCollisionDetectionMethodWUFeng一，YUDong。ZHANGXiao．hui一，GENGCong一，CHENLong，，(1．GraduateUni

3、versityofChineseAcademyofSciences，Beijing100049，China；2．ShenyangInstituteofComputingTechnology，ChineseAcad·emyofSciences，Shenyang110168，China)Abstract：CollisiondetectionisanimportantfunctionalblockintheCNCprocessing，Collisiondetectioncanavoidacollisionbetweentoolsandcomponents，andcanimprovethe

4、processingsecurity．Afterstud—yingalargenumberofreal—timecollisiondetectionalgorithm，agoodreal—timecollisiondetectionalgo-rithmisproposedtoavoidthesimulationsoftwaredetectingdefects．Firstly，thealgorithmestablishestheprotectionareasofcomponentsandtoolsthroughusingboundingboxesAABB，andusepretreat

5、menttopreliminarilyinvestigatecollisiondetection．Thenuseseparationaxistheoryandrectangularintersectiontheorytoreal—timedetectthecollisionofprotectedareas．Finally，theproposedalgorithmissimulated，andtheresultsshowthatthealgorithmcanreal·timedetecttheprotectedarea．Keywords：collisiondetection；boun

6、dingbox；separationaxistheory；rectangularintersectiontheory长，精度不高的缺点。首先该算法在预处理阶段对0引言部件的保护区进行投影运算，此算法对碰撞检测进碰撞检测用于判断多个物体在同一时间内是否行简化的同时，降低了运算时间，实现了实时检测的占用相同的空间区域。在数控加工中，由于刀具不目的。最终将该算法应用到数控系统中，实现保护停地进行旋转和移动，很容易导致刀具和被加工表区实时监测的目的。面发生碰撞，甚至还会引发工件与固件，以及固件与1碰撞检测算法分类固件之间的碰撞。因此，在机床加工中进行碰撞检测，尤其是实时碰撞检测，具有重要的

7、理论意义和实目前普遍采用的碰撞检测算法可以概述为：给际意义。定n个物体s，s：，⋯，，它们在空间中的位置是由定在分析现有数控系统的基础上，利用轴向包围义在时间域[t。，t。]上的函数，⋯来确定的，盒、分离轴和长方体相交理论，研究了一种新的实时判断在这个时间域内，相同时刻是否存在任何一对碰撞检测算法，该方法避免了仿真软件插补时间过物体占有公共空间¨。下面介绍几种碰撞检测算法。收稿日期：201l一05—09：修回日期：2011—05—31基金项目：国家重点基础研究发展计划