基于包围盒的机床碰撞检测系统算法研究.pdf

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1、基于包围盒的机床碰撞检测系统算法研究许荣①张为民①②(①同济大学机械工程学院，上海201804；②同济大学中德学院，上海200092)摘要：碰撞检测是数控机床防碰撞系统的核心技术，基于包围盒的碰撞检测算法是一种比较有效的碰撞检测算法。介绍了基于OBB层次包围盒算法开发的数控机床碰撞检测系统，并针对机床模型的特点。提出了算法的一种优化方法。关键词：数控机床碰撞检测层次包围盒算法优化中图分类号：TG659文献标识码：AResearchoncollisiondetectionsystemofmachinetoolbasedonboundingvolumealgorithmXURong①ZHA

2、NGWeimin①②，((~)CollegeofMechanicalEngineering，Ton6iUniversity，Shanghai201804，CHN；(~)Sino-GermanCollege，Ton~iUniversity，Shanghai200092。CHN)Abstract：Collisiondetectionisthecoretechnologyoftheanti—collisionsystemforNCmachinetoo1．Collisionde-teetionalgorithmbasedonboundingvolumehierarchyisanefficien

3、tmethod．ThistextintroducesallewcollisiondetectionsystemofNCmachinetoolbasedonOBBboundingvolumehierarchyalgorithmandpostamethodtoimprovethealgorithmdirectedtowardsthefeatureofNCmachinetoo]．Keywords：NCMachineTool；CollisionDetection；BoundingVolumeHierarchy；AlgorithmOptimization近年来，随着虚拟现实、计算机仿真等技术的蓬

4、勃其中，主要有空间分解法和层次包围盒法两类算法。发展，对碰撞检测的实时性和精确性要求逐渐提高。空间分解法首先将对整个空间进行体积相等的网在数控机床进行加工前，刀具与夹具以及工件的碰撞格化剖分，然后仅仅对同一网格中的几何对象进行碰需要运用计算机仿真技术进行在线实时碰撞检测，防撞检测。典型的空间分解法有八叉树法和二叉树止加工中由于碰撞对机床造成损害¨。所以实时碰法。撞检测技术成为机床在线仿真当中的关键技术。随着而如今虚拟现实技术机床三维几何模型形状越来越复杂，碰撞检测成为一中比较通用的是层次包围⑨囫件很耗时的工作，因此在尽可能保证实时性和场景真盒法，其核心思想是使用SPHEREAABBOB

5、B8一DOP实性的前提下，提高碰撞检测算法的效率，成为研究人体积略大但几何特性简单图1包围盒类型员面前一项迫切的任务，从而使得实时碰撞检测再次的包围盒来近似描述复杂成为研究的热点。本文主要介绍了基于层次包围盒的的对象，通过构造树状层次结构可以不断逼近真实模碰撞检测算法在机床碰撞检测系统中的应用并对算法型的几何形状，最后通过对包围盒的相交计算来实现提出了优化。几何物体的碰撞检测。典型方法有轴向层次包围盒(Axis-AlignedBoundingBoxes，AABB)、方向层次包围1碰撞检测算法概述盒(OrientedBoundingBoxes，OBB)、包围球(Sphere)目前，国内外

6、许多学者对实时碰撞检测技术进行和离散方向多面体(8一DirectionOrientationPolytopes，了广泛深入的研究和探索，提出了距离跟踪法、空间分8一DOP)等，如图1所示。解法、时空包围盒法和层次包围盒法等许多检测算法。这两类算法都使用了层次结构模型，其思想都是$“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专~．(2oogzxo4ol一072—02)；国家863计划重点项目(2007AA042O2)基金；蒂森克虏伯基金·90·zu1I毕幂§等朋DesignandResearch设计与研究通过减少需要相交测试的对象或基本几何元素的数目3)；T是A、B中心点的距离，，J是当前的分

7、离轴向量。来提高碰撞检测的效率。空间分解法由于存储量大、有如下公式(2)：33灵活性差，一般适用于稀疏的环境中较均匀分布的几I·l>y·_一la，·A．LI+Ib，·B．．Ll何物体之间的碰撞检测；而层次包围盒方法则应用比￡=l‘1较广泛，尤其适用于复杂环境中的碰撞检测。(2)如果满足前者大于后者，那么两个物体不相交；否2机床碰撞检测系统中包围盒算法及其改进则按此公式继续计算4、B在其他14条分离轴上的投2．1OBB方向包围盒的定义及检测方法影