基于遗传算法的超二次曲面间碰撞检测算法研究.pdf

《基于遗传算法的超二次曲面间碰撞检测算法研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、2010年第8期·控制与检测·文章编号：1001—2265(2010)08—0045—03基于遗传算法的超二次曲面问碰撞检测算法研究钱东海，袁斌(上海大学精机系，上海200072)摘要：文章对机器人的手臂采用超二次曲面建模，将机器人碰撞检测问题归结为两超二次曲面之间最短距离求解，该问题本质为一带约束条件的非线性优化问题。将该问题转化为非线性优化问题后，利用遗传算法对该问题进行求解。实例表明，遗传算法对该问题的求解克服了传统算法求解中的初始点难于选择、局部最优点等问题，并提高了算法的收敛速度。关键词：机器人手臂；超二次曲面；遗传算法；碰撞检测中图分类号：

2、TP241．2文献标识码：AResearchontheCollisionDetectionbetweenTwoObjectsModeledbySuperquadricsBasedonGeneticAlgorithmQIANDong—hai，YUANBin(DepartmentofPrecisionMechanicalEngineering，ShanghaiUniversity，Shanghai200072，China)Abstract：SuperquadricsareusedformodelingtheRobotarminthepaper，andthe

3、robotarm’scollisionde-tectionisreducedtocalculatetheshortestdistancebetweentwoSuperquadrics．Theessenceoftheproblemisnon-linearconstrainedoptimization．Geneticalgorithmisusedforthecalculating，afterithasbeentransformedtoaproblemofnonlinearconstrainedoptimization．Realexamplesshowtha

4、tthealgorithmproposedinthispapercandealingwiththedificultyofchoosinginitialpointandtheproblemoflocalbestpointintraditionalalgorithms，andit’Salsohelptoimprovetheconvergencespeed．Keywords：robotarm；superquadrics；geneticalgorithm；collisiondetection有一种算法可以有效地解决所有的碰撞检测问题，本O引言文基于第三类方法提

5、出一种基于遗传算法的超二次碰撞检测(collisiondetection)在计算机辅助设计曲面问碰撞检测的算法。遗传算法在处理这种复杂(CAD)、计算机辅助制造(CAM)，机器人研究中占有的高次的非线性优化中具有快速的搜索能力，并可以重要的位置。碰撞检测算法种类繁多，但各有其优缺在一个具有不确定性的多维空间中寻找到全局最优点和适应范围。碰撞检测算法主要包括以下几种：基解。于包围盒的碰撞检测算法，根据包围盒的形成方式可1基于超二次曲面的机器人操作臂建模以分成基于Sphere、AABB、OBB、K—DOP、FDH这几类，上述几种包围盒在构成上逐渐复杂，但是

6、在检1．1超二次曲面的数学描述测精度逐渐精确。第二类是基于凸多面体的碰撞检二维平面中，满足下式的二维曲线称为超二次椭测算法，这类算法通过计算两个凸多面体的最近距离圆：来判断是否发生干涉。根据凸多面体的表达方式可三三以分成顶点表示法和闭半空间表示法，不同的表示方{)+{)=-法分别又有多种计算两凸多面体最近距离的方法。图1给出了式(1)中指数s的改变对椭圆形状的第三类是基于二次曲面或者超二次曲面的碰撞检测影响。算法，这类算法通过改变曲面方程的参数来构造各从图1中可以看出，指数占可以使曲线在四个角上种椭球、圆角立方体，用以对物体建模。通过解非线变圆或变方，

7、从而改变椭圆的矩形程度。三维空间中，性优化来求解两个模型的最近距离。到目前为止没设：收稿日期：2010—01—27作者简介：钱东海(1971一)，男，安徽芜湖人，上海大学副教授，博士，研究方向为机器人控制、计算机视觉，(E—mail)dhqian@21cn．eOITI。·45··控制与检测·组合机床与自动化加工技术L次曲面之间的碰撞检测。后者的碰撞检测可以通过求解两超二次曲面之间最短距离的方法来解决。以日和F分别表示三维空间中两个通过超二次曲面建立的机器人操作臂的连杆，如图3所示。图1不I司的指数对超二次椭圆形状的影响三三gcz，()+()+()cz，

8、当g(。，，)=1时，式(2)为以坐标原点为中心，主轴与坐标轴相重合的超二次曲面。该方程由6个