数控机床实时碰撞检测算法的研究与实现
数控加工仿真中的碰撞干涉检测算法研究
基于数控铣床加工过程实时检测系统的研究与应用
基于数控铣床加工过程实时检测系统的研究与应用数控铣床是一种现代化精密机床，广泛应用于工业制造领域。
在加工过程中，由于刀具磨损、工件变形等原因，很容易导致加工精度下降，甚至出现加工质量不合格的情况。
开发一种基于数控铣床加工过程实时检测系统，对加工过程进行监控和控制，具有非常重要的意义。
实时检测系统可以通过采集数控铣床加工过程中的运动参数、力参数和温度参数等数据，对加工过程进行实时监测和控制。
通过分析这些数据，可以及时发现加工过程中的异常情况，并采取相应的措施进行调整和修正。
这样可以大大提高加工精度和质量，降低加工成本和损失。
实时检测系统通常由传感器、数据采集装置、数据处理装置和控制装置等组成。
传感器负责采集加工过程中的各种参数数据，如切削力、切削温度、坐标位置等。
数据采集装置将传感器采集到的数据转换为数字信号，并传输给数据处理装置。
数据处理装置对采集到的数据进行分析处理，判断加工过程中是否存在异常情况，并发送相应的控制信号给控制装置。
控制装置根据接收到的信号，调整数控铣床的工作状态，以实现对加工过程的控制。
实时检测系统的研究与应用在实际生产中有着很大的价值。
它可以大大提高加工精度和质量，避免因加工过程中的异常情况导致的加工质量不合格；它可以减少加工成本和损失，通过监测加工过程中的各种参数，及时发现问题并采取措施进行调整和修正，避免不良品的产生，降低了生产成本；它可以提高生产效率，通过实时监测和控制，可以自动化地进行加工过程，减少人工干预，提高生产效率；它可以提高生产的稳定性和可靠性，通过实时监测和控制，可以及时发现和处理加工过程中的异常情况，保证生产的稳定性和可靠性。
基于数控铣床加工过程实时检测系统的研究与应用具有非常重要的意义。
它可以提高加工精度和质量，降低加工成本和损失，提高生产效率，保证生产的稳定性和可靠性。
研究和开发这种实时检测系统，将对推动工业制造领域的发展起到非常积极的作用。
碰撞检测算法研究技术报告
碰撞检测算法研究技术报告传统工业机器人工作时，为了保证安全需采取措施把人排除在工作区域外。
近年来，随着3C 行业的崛起以及中小企业对自动化需求的增长，在一些涉及到装配（组装）、医疗手术辅助等领域，注重人机协作安全的协作型机器人逐渐进入人们的视野。
当人与机器人处于同一个协作空间时，安全性成为首先要考虑的问题，而最常发生的安全问题是机器人与人发生碰撞导致受伤。
因此，为了防止碰撞给人造成伤害，协作机器人就必须具备碰撞检测功能。
目前主流的解决方案是在机器人外部安装传感器，如机器人外表面包裹上一层敏感的皮肤传感器[1-2]、加装视觉传感器[3]、安装关节力矩传感器等[4-6]，其中安装关节力矩传感器是最常用的解决方案。
Lu [4]等人在机器人基座以及腕关节各加装了一个六维力矩传感器，基于动力学模型提出了一种神经网络方法，可实现对碰撞力的检测。
Haddadin [5]及Hur [6]等人以LWR Ⅲ机器人为原型，通过安装在机器人各个关节处的力矩传感器获得准确的关节力矩，通过观测关节处力矩的变化，实现机器人碰撞检测。
安装传感器的方案在一定程度上能够很好地保证人机协作安全，但存在两个主要不足：一方面，传感器数据的采集处理增加了控制系统的复杂性，容易造成实时性差的问题；另一方面，安装传感器会增加机械结构的复杂性以及加工制造的成本。
针对上述不足，部分学者在不借助外部传感器而通过控制算法来实现碰撞检测方面做了一些研究。
潘婷婷[7]等人提出了一种基于动力学模型的力矩差碰撞检测方法，通过实时比较关节理论预测力矩与关节采样力矩（电机力矩采样计算）的差值，若超出预设安全阈值，则认为发生碰撞。
但该方法受加速度影响较大，加减速频繁时关节采样力矩会存在较大的误差。
Luca [8-10]及Lee [11-12]等人提出了一种基于机器人广义动量构造观测器，实现对关节外力矩观测的方法，该方法避免了加速度对观测值的影响，但该算法的传递函数为一阶系统，可调参数较少，难以同时保证良好的快速性和稳定性。
CNC机床加工中的刀具路径规划与碰撞检测技术
CNC机床加工中的刀具路径规划与碰撞检测技术CNC机床是一种精密加工设备，广泛应用于各种制造业领域。
它可以根据预先设置的程序，通过控制刀具在工件上的移动轨迹来完成复杂的加工任务。
在CNC机床加工过程中，刀具路径规划和碰撞检测技术起着关键作用，主要用于确保加工的准确性和安全性。
本文将介绍CNC机床加工中的刀具路径规划与碰撞检测技术的原理和应用。
一、刀具路径规划技术刀具路径规划技术在CNC机床加工中起到了决定加工效率和质量的关键作用。
其主要目标是确定刀具在工件表面的最佳运动轨迹，使得加工过程中的切削负载最小，加工速度最高，并且能够满足工件表面质量和精度的要求。
实现刀具路径规划的关键是建立合适的数学模型。
一般情况下，常用的刀具路径规划方法有直线插补法、圆弧插补法和复合插补法。
其中，直线插补法适用于直线或轮廓的加工，圆弧插补法适用于圆弧的加工，而复合插补法则是综合利用了直线插补法和圆弧插补法进行复杂轮廓的加工。
刀具路径规划技术的应用可以大大提高CNC机床的加工效率和质量。
通过合理的路径规划，可以减少切削负载，降低加工过程中的振动和热变形，提高工件的表面质量和精度。
二、碰撞检测技术在CNC机床加工过程中，由于工件形状复杂或切削工况变化等原因，刀具可能会与工件或机床产生碰撞。
这不仅会导致加工质量下降，还会造成机床设备的损坏和安全事故的发生。
因此，碰撞检测技术在CNC机床加工中显得尤为重要。
碰撞检测技术主要通过建立机床加工模型和刀具模型，进行碰撞检测和碰撞预警。
其中，机床加工模型用于描述机床的几何形状和机械运动关系，刀具模型用于描述刀具的几何形状和运动轨迹。
通过对机床加工模型和刀具模型进行比较，可以判断是否存在碰撞，并及时采取措施避免碰撞的发生。
在碰撞检测技术中，还可以借助仿真软件和传感器来实现实时监测和反馈。
通过将实际加工过程与虚拟仿真模型进行对比，可以提前发现潜在的碰撞问题，并即时调整刀具路径或停机警告，从而保障加工过程的安全性和稳定性。
实时碰撞检测技术研究
实时碰撞检测技术研究
实时碰撞检测技术包括静态碰撞检测和动态碰撞检测两部分。
静态碰
撞检测用于检测静态模型之间的碰撞，例如建筑物间的碰撞、场景中的障
碍物等。
动态碰撞检测用于检测运动中的物体之间的碰撞，例如角色和墙
壁的碰撞、子弹和敌人的碰撞等。
在静态碰撞检测中，常用的技术包括包围盒检测、凸包检测和层次结
构检测等。
包围盒检测是最简单的一种方法，将模型用立方体或球体包围
起来，在这个层次上进行碰撞检测，可以极大地减少计算量。
凸包检测则
是对模型进行凸包求解，并对其进行碰撞检测，可以提高检测的精确度。
层次结构检测则是将模型分割为层次结构，通过遍历这个层次结构进行碰
撞检测。
在动态碰撞检测中，常用的技术包括球树、包围盒树和分离轴定理等。
球树是一种层次结构的数据结构，用于存储模型的包围球，通过遍历球树
进行碰撞检测。
包围盒树则是将模型分割为包围盒，并以树的结构进行存
储和遍历。
分离轴定理是一种基于向量的碰撞检测方法，通过检测模型的
投影是否存在重叠来判断碰撞。
除了以上的方法，还有很多其他的实时碰撞检测技术，如基于距离场
的碰撞检测、基于体素的碰撞检测、基于网格的碰撞检测等。
这些方法在
实时碰撞检测中有着不同的应用和特点。
综上所述，实时碰撞检测技术在计算机图形学和游戏开发中有着广泛
的应用。
通过选择合适的碰撞检测方法，可以在保证检测结果的准确性的
同时提高检测的效率。
未来随着计算机技术的进步，实时碰撞检测技术将
会得到更加广泛和深入的应用。
实时碰撞检测技术研究
基于单纯形（Simplex）的碰撞检测算法
Gilbert、Johnson和Keerthi [Gilbert 1988][Gilbert 1990]提出的GJK 算法
[Cameron 1997][Bergen 1999]
基于空间域的碰撞检测算法分类
基于物体空间的碰撞检测算法
算法预处理阶段
凸块的三角形带压缩编码
在基于图象的碰撞检测算法中，两物体间进行一次碰撞 检测往往需要对物体进行多次绘制
提高绘制速度 三角形带不改变物体的几何结构
算法预处理阶段
凸块的三角形带压 缩编码
利用三角形网格模 型的连通性对生成 的三角形带进行编 码压缩
深黑色的折线指示出 三角形带
1999]，[Vassilev 2001]，[Heidelb 2003]，[Govindar 2003] 基于可编程图形硬件….
碰撞检测算法框架
归纳出一个统一的碰撞检测算法框架
初步检测阶 段
详细检测阶段
逐步求精 层
精确求交 层
碰撞检测算法的一般框架
初步检测阶段
空间剖分法 基于插入排序的“掠扫和裁剪”法([Cohen 1995])
基于空间域的碰撞检测算法分类
基于物体空间的碰撞检测算法 基于图象空间的碰撞检测算法
利用图形硬件 对物体的二维图象采样 相应的深度信息
基于空间域的碰撞检测算法分类
基于图象空间的碰撞检测算法
Shinya等[Shinya 1991]和Rossignac等[Rossignac 1992]
Myszkowski等[Myszkow 1995] Baciu等[Baciu 1997][Baciu 1999] Hoff等[Hoff 2001]，Kim等[Kim 2002]， [Lombardo
CNC机床加工中的刀具路径规划与碰撞检测
CNC机床加工中的刀具路径规划与碰撞检测CNC机床是现代制造业中广泛使用的一种高精度、高效率的自动化加工设备。
在CNC机床加工过程中，刀具路径规划与碰撞检测是至关重要的环节。
本文将探讨CNC机床加工中的刀具路径规划和碰撞检测的相关问题。
一. 刀具路径规划刀具路径规划是指在CNC机床加工中，确定刀具在工件表面上移动的路径，以实现对工件的高效加工。
刀具路径规划的目标是在保证加工质量和减少加工时间的前提下，尽可能避免因机械性能限制和避免碰撞。
1.1 加工效率优化在刀具路径规划中，加工效率是一个重要的考量因素。
通过合理规划刀具的路径，可以减少切削过程中的空载时间，并且减少刀具在加工过程中的冗余移动。
例如，在连续切削过程中，可以选择沿着轮廓线进行切削，而不是在每个轮廓间来回移动。
这样可以显著提高加工的效率。
1.2 切削质量保证除了加工效率外，刀具路径规划还需要保证切削质量。
这包括避免工件表面出现明显的切削痕迹和减少加工过程中的振动。
在进行刀具路径规划时，需要考虑切削力的大小和方向，以及切削时产生的振动和噪音。
通过合理的路径规划，可以减少这些问题的出现，从而提高切削质量。
1.3 机械性能限制刀具路径规划还需要考虑CNC机床的机械性能限制。
机床在进行加工过程中，存在一些限制，比如最大行程、切削深度、切削速度等。
在进行路径规划时，需要考虑这些机械性能的限制，以避免超出机床的可操作范围。
二. 碰撞检测在CNC机床加工过程中，刀具碰撞是一个常见而严重的问题。
碰撞不仅会导致刀具和工件的损坏，还可能影响加工质量和机床的稳定性。
因此，对于刀具路径的碰撞检测至关重要。
2.1 碰撞检测方法常见的碰撞检测方法包括几何碰撞检测和力学碰撞检测。
几何碰撞检测是通过对刀具路径和工件模型进行几何分析，来判断是否存在碰撞。
力学碰撞检测是通过应用力学模型，计算刀具与工件之间的力和力矩，进而判断是否发生碰撞。
这两种方法可以结合使用，以提高碰撞检测的准确性和可靠性。
基于OSG的虚拟数控机床刀具碰撞检测技术研究
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ — ０ ２ — ０ ８ 作者简 介 ： 严翔宇 （ １ ９ ７ １ 一） ， 男， 武汉市人 ， 工程师 ， 从事机电类特种设备 的安全检验 技术 、 事故分 析及 特种设备虚 拟可视化实现 等研究工作。
１ ５１
Ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ Ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｎｏ ． ５ ， ２ ０ １ ３
一
个 给 定 对 象 的轴 向包 围 盒 （ Ａ Ａ Ｂ Ｂ ） 被 定 义 为
包 含 该 对 象 且 各 边 平 行 于 坐 标 轴 的最 小 的 六 面 体 。 Ａ Ａ Ｂ Ｂ间 的相交 测试 比较简 单 ，两 个 Ａ Ａ Ｂ Ｂ相交 时 ，
当且仅 当它 们在 三 个 坐标 轴 上 的投 影 区间 均 重叠 就 可 以。定 义 Ａ Ａ Ｂ Ｂ的六 个 最 大 最小 值 分 别 确定 了它 在 三个 坐标 轴上 的投 影 区 间 ， 因此 ， Ａ Ａ Ｂ Ｂ间 的相 交 测试 最 多 只需 要 六 次 比较 运算 。 图 １显示 了一 个 物 体的 Ａ Ａ Ｂ Ｂ包 围盒 。
一
个重要 技术 问题 ， 笔者利 用 ｖｃ ． ＮＥ Ｔ环境 下 ＯＳ Ｇ模 块表 示线段 ， 得 到线段 与场景 交点 的方法 ， 实现 刀具与场景 中非
加 工物体 的碰撞检 测的方 法， 简单且计 算迅 速 ， 在虚拟数控加 工过程 中如果发 生碰撞 ， 则机床停 止并报 警 ， 可 实现合理
一
２ 虚 拟现实 中常用 的包 围体 类型
在 数 控 虚拟 场 景 中 ，数 控机 床 的非 加 工 部 件 均 以包 围体 的形式 存 在 ，判 断 刀具 与机 床 非 加 工部 件 的碰撞 ，实 际就 是 判 断 随刀 具运 动 的几 何 图形 是 否 与非 加 工 部件 的包 围体 相 交 。 常用 的包 围体 类 型 包 括： 轴 向包 围盒 、 包 围球 、 方 向包 围盒 和 离 散 方 向多 面体 ［ ２ 】 。 （ １ ） 轴 向包 围盒 （ Ａ ｘ ｉ ｓ Ａ ｌ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ Ｂ ｏ ｕ ｎ ｄ ｉ ｎ ｇ Ｂ ｏ ｘ ， Ａ Ａ Ｂ Ｂ ）
碰撞检测问题研究综述
碰撞检测问题研究综述一、本文概述随着计算机图形学、游戏设计、虚拟现实、机器人技术等多个领域的飞速发展，碰撞检测问题已经成为了这些领域中不可或缺的一部分。
碰撞检测是指判断两个或多个物体在空间中是否发生接触或重叠的过程，其精确性和效率直接影响到相关应用的性能和用户体验。
因此，对碰撞检测问题进行深入的研究和探讨，对于推动相关领域的技术进步具有重要的理论价值和实际应用意义。
本文旨在对碰撞检测问题的研究进行综述，全面梳理和总结该领域的研究成果和发展趋势。
文章首先介绍碰撞检测的基本概念、分类和应用场景，然后重点分析现有的碰撞检测算法，包括基于几何形状的算法、基于空间划分的算法、基于物理模型的算法等，并对比它们的优缺点和适用范围。
接着，文章探讨了一些新兴技术，如深度学习等在碰撞检测中的应用，并展望了未来的发展趋势。
文章总结了当前碰撞检测研究中存在的问题和挑战，并提出了一些可能的解决方案和建议。
通过本文的综述，读者可以全面了解碰撞检测问题的研究现状和发展趋势，为相关领域的研究和应用提供有益的参考和借鉴。
本文也希望能够激发更多的研究者和工程师对碰撞检测问题进行深入研究和探索，推动相关技术的进步和发展。
二、碰撞检测的基本方法碰撞检测是计算机图形学、计算机游戏、机器人学、动画和其他多个领域中的一个核心问题。
其核心目标是在动态环境中确定两个或多个对象是否会发生物理上的交互或碰撞。
这一问题涉及到了广泛的算法和技术，从基本的几何方法到复杂的物理模拟。
几何方法是碰撞检测中最基本的一类方法，主要通过比较和计算对象的几何形状和位置来判断是否会发生碰撞。
例如，轴对齐包围盒（Axis-Aligned Bounding Box，AABB）和球包围盒（Bounding Sphere）等方法被广泛用于快速排除不会碰撞的对象。
更精确的方法，如OBB （Oriented Bounding Box）和k-DOP（k-Discrete Orientation Polytope）等，则能提供更为紧密的包围形状，从而提高碰撞检测的准确性。
基于数控铣床加工过程实时检测系统的研究与应用
基于数控铣床加工过程实时检测系统的研究与应用数控铣床是一种通过计算机控制的自动化机床，广泛应用于制造业中的零部件加工。
为了保证加工质量和效率，对数控铣床加工过程进行实时检测是非常重要的。
对数控铣床进行数据采集。
通过传感器等装置，实时采集数控铣床加工过程中的数据，包括加工速度、刀具转速、切削力等。
这些数据可以提供给后续分析和判断。
对采集到的数据进行处理和分析。
通过对采集到的数据进行预处理，比如滤波去噪等，以提高数据质量。
然后，对数据进行分析，提取出关键的特征信息，比如刀具磨损程度、加工表面粗糙度等。
这些特征信息可以用来评估加工质量。
然后，建立加工过程的模型。
根据采集到的数据和分析得到的特征信息，建立数控铣床加工过程的模型。
通过这个模型，可以模拟和预测加工过程中的各种情况，比如加工时间、切削力等。
这可以帮助操作者更好地调整工艺参数，以达到更好的加工效果。
实现实时检测系统的应用。
将上述的数据采集、处理、分析和模型建立等步骤整合起来，实现基于数控铣床加工过程实时检测系统。
该系统可以输出加工过程中的各种参数和指标，以及相应的评估结果。
操作者可以根据这些结果，及时调整加工参数，提高加工质量和效率。
基于数控铣床加工过程实时检测系统的研究和应用具有重要的意义。
实时检测系统可以帮助操作者及时掌握加工过程中的各种参数和指标，提高加工过程的控制水平。
检测系统能够提供加工质量评估结果，在加工过程中发现问题，并及时调整工艺参数，减少废品。
基于实时检测系统的研究和应用可以为数控铣床加工过程提供更好的监控和管理手段，进一步提高制造业的质量和效益。
数控机床技术中的碰撞检测与避免方法
数控机床技术中的碰撞检测与避免方法在数控机床的加工过程中，碰撞是一个非常严重的问题。
一旦发生碰撞，将会导致机床和工件的损坏，甚至可能危及操作人员的安全。
因此，为了保证数控机床的正常加工运行和操作的安全性，了解并掌握碰撞检测与避免方法是非常重要的。
碰撞检测是指在机床加工过程中，通过一系列的手段和探测器，实时监测机床、工具和工件之间是否存在接触或碰撞。
下面将介绍几种常见的碰撞检测方法及其特点。
首先，一种常见的碰撞检测方法是利用机床的位移传感器。
位移传感器能够监测机床各个轴的位置变化，一旦发生碰撞，工具或工件会产生突然的位移。
通过对位移传感器的实时监测，可以及时发现碰撞并停止机床的运行，从而避免进一步的损坏。
其次，还有一种常用的碰撞检测方法是利用电流传感器。
在机床的加工过程中，工具和工件之间的接触会引起电流的异常变化。
通过对电流传感器的监测，可以检测到这种异常变化，进而判断是否发生了碰撞。
一旦发现碰撞，就能及时停止机床的运行，以防止进一步的损坏。
此外，还有一些高级的碰撞检测方法，如声学传感技术和光电传感技术。
声学传感技术通过对机床、工具和工件产生的声波进行监测和分析，可以精确地判断是否发生了碰撞。
光电传感技术则是通过光电开关或激光探测器对机床、工具和工件之间的距离进行测量，一旦距离过近，即可判断为发生了碰撞。
这些高级的碰撞检测方法具有高灵敏度和高精度的特点，能够更加准确地判断是否发生了碰撞。
除了碰撞检测，避免碰撞也是至关重要的。
一种常见的避免碰撞的方法是在加工过程中设置合理的安全保护区域。
通过在机床周围设置光幕、安全门等设备，一旦有物体进入保护区域，机床就会立即停止运行，从而避免了碰撞的发生。
此外，还可以通过软件编程的方式，在加工程序中设置合理的加工路径和避障逻辑，使工具和工件的运动轨迹避开可能发生碰撞的区域。
在实际应用中，除了采用上述的碰撞检测与避免方法，还需要结合机床、工件、工具和加工过程的特点来选择合适的方法。
虚拟数控车削系统中碰撞检测问题的研究
方 法．
三角形 网格是 刻 画三 维实 体 的 常用 方法 ， 虚 在 拟数控 车削系 统 中， 维实 物 体模 型大 部 分都 是 采 三
用三 角形 网面 构成 的． 在这 种 以三 角形 面 片刻 画实
体表 面特征 的环境 中 ， 碰撞 检 测 问题 就 是判 断某 一 物体 的任一三 角形是 否与其 它物体 的各个 三角 形相
的方法实现 加速的连续碰撞 检测算法． ｃｒｅｅｓ Ｓｈｏｄｒ
收稿 日期 ： 。 ８ ７ ７ ２ ０ 一Ｏ 一Ｏ
作者简介： 田娟秀 （９ ９ ， ， １ ７ 一）女 硕士 ， 研究方 向： 计算机图形学 、 虚拟现实 、 图像处理 图形
第４ 期
田娟秀： 虚拟数控车削系统中碰撞检测问题的研究
２ … ，）如 图 １ｂ所 示 ， 后再 按 上述 规则 进 行检 ， ７， （） 然
的 个 物体 Ｓ ， …… ， Ｓ 中， 在一对 或多对 物 存 体 同时 占据某块 空 间 ， 那么 就认 为发 生 了碰 撞． 碰撞
检测和干涉检测问题在机器人学 、 计算机辅助设计 与制造 、 计算机模拟等领域是经常遇到的问题 ， 引起 了国内外学者的广泛关注． 吕秋灵等Ｌ用矢量分析 ２ ］
实体的三角形面片数量较大 ， 若直接进行大量 的三 角形求 交运算 ， 很难满 足虚 拟加工 的实 时性要求 ． 为 此 ， 须找 出一个快速 的碰撞 检测 算法． 必
经 济 的方 法． 因而碰 撞 检测 问 题是 虚 拟数 控 车 削 系 统 的不可 或缺 的部分 ， 有效 、 确 的碰 撞检测 对提 高 精 数 控环境 的真 实性 、 强虚 拟 环境 的沉 浸感 有 着 非 增
常重要 的意义．
２ 八叉树算法及其碰撞检测原理
数控仿真中的实时碰撞检测算法的研究
数控仿真中的实时碰撞检测算法的研究
赵瑾;周来水;张臣;余湛悦
【期刊名称】《计算机工程与应用》
【年(卷),期】2005(041)010
【摘要】碰撞干涉检测是数控加工仿真中的重要组成,文章提出了一种实现数控仿真加工的实时碰撞检测算法,该方法是通过测试线与刀具扫掠体包络面求交的交点
来判断刀具或刀柄在加工过程中是否和夹具发生了碰撞,以及碰撞发生在哪些控制
代码所对应的刀具移动上;算法的关键在于实时性,满足了数控加工过程中的实时碰撞检测,同时也给出了实例说明了算法的有效性.
【总页数】3页(P200-202)
【作者】赵瑾;周来水;张臣;余湛悦
【作者单位】南京航空航天大学机电学院,南京,210016;南京航空航天大学机电学院,南京,210016;南京航空航天大学机电学院,南京,210016;南京航空航天大学机电学院,南京,210016
【正文语种】中文
【中图分类】TP3
【相关文献】
1.数控机床实时碰撞检测算法的研究与实现 [J], 吴峰;于东;张晓辉;耿聪;陈龙
2.实时碰撞检测算法中的数据缓存优化技术研究 [J], 殷存举;邵小兰
3.基于OpenGL五轴联动数控仿真系统碰撞干涉检验实时仿真技术及算法研究 [J],
龙春国;史耀耀;程刚;胡梅贻
4.实时碰撞检测算法的探讨与研究 [J], 陈怡皓
5.一种基于流计算的实时碰撞检测算法的研究与实现 [J], 于永彦;夏宜蕃
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实时碰撞检测技术研究
实时碰撞检测技术研究实时碰撞检测技术是指在计算机图形学、物理仿真以及游戏开发等领域中，对物体或几何体之间的碰撞进行及时检测和处理的技术。
它是计算机图形学和物理仿真中一个非常重要的技术领域，可以实现高度真实的碰撞效果，并提升交互体验。
本文将对实时碰撞检测技术进行研究。
实时碰撞检测主要可以分为离线碰撞检测和基于场景的碰撞检测两种方法。
离线碰撞检测方法一般通过对物体的边界进行离线计算，然后将检测结果存储到碰撞检测结构中，实时碰撞检测时直接查询数据结构即可。
而基于场景的碰撞检测方法则是通过对场景进行分割，建立场景层次结构，以快速判断物体之间是否会发生碰撞。
离线碰撞检测方法常用的是建立包围体（Bounding Volume）来近似物体的形状。
例如，包围盒就是包围物体的一个最小立方体，由于计算包围盒的所需时间非常短，所以可以快速完成对物体之间的碰撞检测。
对于复杂的物体形状，可以采用包围球、包围椭球或包围圆柱等等来近似。
虽然这些方法能够提供较快的碰撞检测速度，但包围体的近似程度直接影响着碰撞检测的精确度。
基于场景的碰撞检测方法更为复杂，它主要是通过对场景进行层次划分，从而将碰撞检测的范围减小到最小。
其中最常用的方法是使用包围体层次结构。
对于三维场景，可以使用自适应层次包围盒树（AABB树）或分层包围球树（HBB树）来构建场景的包围体层次结构。
这种方法通过从树根开始，逐层遍历判断物体和包围体是否相交，进一步细分需要进一步检测的包围体，直到得到最终结果。
这种方法可以有效减少检测时间，特别是对于大规模复杂场景。
此外，还有一种基于物理仿真的碰撞检测方法，它是一种更为真实的碰撞检测方法。
物理仿真引擎使用数学模型对物体之间的碰撞和相互作用进行模拟，从而实现更真实的碰撞效果。
物理仿真引擎可以根据物体的形状、质量、速度等参数，计算物体之间的碰撞结果，并进行相应的响应和反馈。
这种方法适用于需要更真实的物体碰撞效果的应用，如游戏开发、虚拟现实等领域。
GJK碰撞检测算法的研究及改进的开题报告
GJK碰撞检测算法的研究及改进的开题报告1. 选题背景和意义碰撞检测在计算机动画、游戏物理模拟、机器人导航、虚拟现实等领域都有着广泛应用。
GJK算法是一种高效的碰撞检测算法，在实际应用中具有较高的性能表现。
然而，在复杂场景下，GJK算法存在运算速度慢、算法稳定性差等问题，需要进一步研究和改进，以提高算法的精度和效率。
本研究将重点探索GJK算法在碰撞检测中的应用、原理及其存在的问题，并尝试通过改进算法的具体实现方式，提高算法的速度和稳定性，从而进一步优化碰撞检测的效果。
2. 研究内容和方法2.1 研究内容（1）GJK算法的原理及其在碰撞检测中的应用。
（2）分析现有GJK算法存在的问题，如运算速度慢、算法稳定性差、对形状表达方式有特殊要求等。
（3）针对现有问题，探索改进算法的具体实现方法。
比如采用分层次策略（hierarchical strategy）来提高效率、使用特定算法解决三角剖分（triangulation）问题等等。
（4）通过对比分析，评估改进算法的实用性和效果。
2.2 研究方法（1）阅读相关文献，深入了解GJK算法的基本原理及其在碰撞检测中的应用场景。
（2）分析现有算法的优缺点和存在问题，找出需要改进的关键点。
（3）设计和实现针对性的改进算法，从实验和对比分析的角度评估改进算法的效果和速度表现。
3. 预期研究结果本研究预期能够针对现有GJK算法的不足之处，提出一些新的算法改进方案，从而进一步提高碰撞检测算法的效率与精确度。
同时，通过数值实验和算法的对比分析，对改进算法的实用性和效果进行评估，为后续碰撞检测领域的研究提供一定的参考和思路。
数控机床的碰撞检测算法的研究的开题报告
数控机床的碰撞检测算法的研究的开题报告一、选题背景及意义数控机床广泛应用于各种加工领域，具有生产效率高、精度高、自动化程度高等优点。
然而，由于操作员疏忽或加工设计缺陷等原因，可能会导致加工过程中机床发生不可预见的碰撞，严重时会造成机床零件损坏、工件毁损等严重后果。
因此，研究开发数控机床碰撞检测算法，已成为当前数控机床研究中的热点之一。
碰撞检测算法旨在通过对机床工作区域及工件形状的分析，及时判断机床是否发生碰撞，并进行预警处理，以达到避免机床损坏、保障工件质量等目的。
二、研究内容本研究拟基于计算机视觉技术，探索一种数控机床碰撞检测算法。
具体研究内容包括：1.分析数控机床加工过程中可能发生碰撞的原因和机理，确定碰撞检测模型和算法的主要变量和参数。
2.基于视觉传感器，开展机床工作区域和工件形状的3D建模，建立数控机床加工过程的数据模型。
3.采用机器学习算法，对机床加工过程中的数据进行学习和识别，预测机床加工过程中出现的碰撞现象。
4.结合预警机制，及时发出警报，避免机床和工件被破坏。
三、研究目标该研究旨在：1.研发具有高可靠性和高精度的数控机床碰撞检测算法，提高机床加工过程的安全性和稳定性。
2.减少因机床碰撞而造成的零部件破坏和工件毁损，降低生产成本和浪费。
3.提高机床利用率和产能，增强企业市场竞争力。
四、研究方法1.文献资料收集，了解行业发展现状及前置技术、算法。
2.开展数控机床加工过程的碰撞检测模型分析，并构建数据模型。
3.利用3D建模技术，提取机床加工过程中的数据特征。
4.设计机器学习算法，让系统自主学习加工数据，实现自动预测碰撞。
5.搭建模拟实验平台，验证算法实效性和可行性。
五、论文结构本文结构包括绪论、相关理论与技术、数控机床碰撞检测模型分析和算法设计、系统实现和测试、结论及展望等几个部分。
其中，前两章主要介绍研究背景和文献综述，第三章详细阐述数控机床碰撞检测算法设计过程，第四章对相关算法进行实现和测试，第五章对本研究的结论做出总结，展望研究未来发展方向。
多轴联动数控机床中防碰撞技术的研究
多轴联动数控机床中防碰撞技术的研究摘要：当今世界的制造业正面临着向高附加价值加工模式的转换，复合加工机、五轴联动机床、五面体加工中心等最新加工设备层出不穷。
但是在机床加工领域，以复合加工机位代表的机械结构的复杂化，机械运动和机械操作也越来越复杂。
在机床的实际加工操作中，刀具与工件以及夹具之间的干涉、机床各单元之间运动的干涉比以前更容易发生。
因此需要设备制造商和客户使用方对机床操作安全性的全面提升，在此情境下，一种机床的碰撞避免系统就显得尤为重要。
CNC加工中心数控机床作为高精度的机床，每一次碰撞都会对设备造成不同程度的损伤，因此这种高精度机床的防碰撞技术应用也是非常必要的。
一方面要求操作者掌握正确的机床操作方法，减少撞刀现象的发生。
另一方面应用刀具损坏检测、机床防撞击检测、机床自适应加工等先进技术。
本文通过讲解机床设备中的几种防碰撞技术来分析在多轴联动数控机床中应用防碰撞技术的可行性和必要性。
本文以西门子系统数控机床中防碰撞技术的开发和应用为例，进行了实际的功能开发应用和测试，通过PLC编程和参数设置的方法，结合西门子的系统功能实现了工作区域的柔性防碰撞设置和加工过程中的主轴防碰撞设计。
最后结合外部传感器的应用，通过测试模拟量信号分析当前机床的运动状态，并作出及时反馈，使机械系统与工件碰撞面脱离。
通过多方面的应用测试，机床的防碰撞技术在设备的使用过程中既不影响加工效率，又能有效的保证操作人员、设备以及周围环境的安全。
防碰撞技术的应用可极大的增强客户使用国产机床设备的信心，提升国产机床设备的国际竞争力。
关键词：数控机床；防碰撞技术；西门子；传感器CNC加工中心数控机床作为高精度的机床，其价格昂贵，维修难度大且费用高。
但在实际加工操作中，刀具与工件以及夹具之间的干涉、机床各单元之间运动的干涉比以前更容易发生。
每一次碰撞都会对设备造成不同程度的损伤，因此这种高精度机床的防碰撞技术应用也是非常必要的。
但是，碰撞的发生是遵循一定的规律的，通过多方面的努力是能够避免一些碰撞的。
一种数控机床的实时防碰撞方法[发明专利]
![一种数控机床的实时防碰撞方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/f27977224531b90d6c85ec3a87c24028915f85c6.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201610874426.9(22)申请日 2016.09.30(71)申请人 同济大学地址 200092 上海市杨浦区四平路1239号(72)发明人 张为民 罗亮 张欢 樊留群 李鹏忠 叶卉 (74)专利代理机构 上海科盛知识产权代理有限公司 31225代理人 叶敏华(51)Int.Cl.G05B 19/4065(2006.01)(54)发明名称一种数控机床的实时防碰撞方法(57)摘要本发明涉及一种数控机床的实时防碰撞方法，通过数控系统的控制，结合防碰撞检测系统的检测结果，防止机床发生碰撞，所述方法包括下列步骤：初始化防碰撞检测系统和数控系统；数控系统在机床和防碰撞检测系统均满足设定条件时计算时间提前量并将其转化为插补表中的插补指令，防碰撞检测系统读取插补表，获取与时间提前量对应的伺服轴参数；防碰撞检测系统根据获取的伺服轴参数，生成且并行处理位姿变换任务列表和碰撞检测任务列表，完成碰撞检测；数控系统根据防碰撞检测系统的碰撞检测结果，控制机床完成相应的操作，防止机床发生碰撞。
与现有技术相比，本发明具有实时性强、安全性能高、计算量小以及运算效率高等优点。
权利要求书2页 说明书6页 附图5页CN 106383493 A 2017.02.08C N 106383493A1.一种数控机床的实时防碰撞方法，其特征在于，通过数控系统的控制，结合防碰撞检测系统的检测结果，防止机床发生碰撞，所述方法包括下列步骤：1)初始化防碰撞检测系统和数控系统；2)数控系统在机床和防碰撞检测系统均满足设定条件时计算时间提前量并将其转化为插补表中的插补指令，防碰撞检测系统读取插补表，获取与时间提前量对应的伺服轴参数；3)防碰撞检测系统根据获取的伺服轴参数，生成且并行处理位姿变换任务列表和碰撞检测任务列表，完成碰撞检测；4)数控系统根据防碰撞检测系统的碰撞检测结果，控制机床完成相应的操作，防止机床发生碰撞。
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２１ ０ １年 １ ２月
组 合 机 床 与 自 动 化 加 工 技 术
Ｍ ｏ ｄｕｌｒ Ｍ ａ ｈｉ ｅ Ｔｏ ｌａ ｃ ｎ ｏ ｏ ｔｃ Ｍ ｎ ａｃ ｕ ｉ ｃ ｎｉ ｕｅ
Ｎ０ １ ． ２ Ｄｅ ．２ １ ｃ ０１
摘 要 ： 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 碰 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 ， 出 了一 种 实时 性 提
较 好 的碰撞 检 测算 法 ， 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 从
ｐｒ ｌ ｉ ｒｌ ｎ ｅ ｔｇ ｔ ｏ ｌｓｏ ｅ ｅ ｔｏ ｅ ｉ ｎａ ｉｙ ｉ ｖ ｓｉ ａ ｅ ｃ ｌ ｉ ｎ ｄ ｔ ｃ ｉ ｎ． Ｔｈ ｎ ｕｓ ｅ ａ ａ ｉ ｎ ａ ｉ ｈ ｏ ｙ ａ ｄ ｒ ｃ ａ ｇ ａ ｎ ｅ ｓ ｃ ｉ ｎ ｍ ｉ ｅ ｅ ｓ ｐ ｒ ｔ ｘ ｓ ｔ ｅ ｒ ｎ ｅ ｔ ｎ ｕｌ ｒ ｉ ｔ ｒ ｅ ｔｏ ｏ ｔ ｏ ｙ ｔ ｅ ｌ ｔ ｅ ｄ ｔ ｃ ｈ ｏ ｌｓｏｎ ｏ ｒ ｔ ｃ ｅ ｒ ａ ． Ｆｉ ａ ｌ ｈｅ ｒ ｏ ｒ ａ — ｉ ｅ ｅ ｔ ｔ ｅ ｃ ｌｉ ｉ ｆ ｐ ｏ ｅ ｔ ｄ ａ ｅ ｓ ｍ ｎ ｌｙ，ｔ ｅ ｐ ｏ ｏ ｅ ｌ ｏ ｉ ｍ ｓ ｓ ｍ ｕ ａ ｅ ｈ ｒ ｐ ｓ ｄ ａ ｇ ｒｔ ｈ ｉ ｉ ｌ ｔ ｄ，
文 章 编 号 ：Ｏ ｔ一 ２ ５ ２ １ ） ２— ０ ９— ４ ｌＯ ２ ６ （０ １ １ ０ ４ ０
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 ＇
（ ． 国科 学 院 研 究 生院 ， ｔ中 北京 １０ ４ ； ． 国科 学 院 沈 阳计 算技 术研 究所 ， 阳 １０ ６ ） ０ ０９ ２ 中 沈 １ １ ８
，
（ ． ａ ｕ ｔ Ｕｎｖ ｒｉ ｆＣ ｉｅｅ Ａｃ ｄ ｍｙｏ ｃｅ ｃ ｓ ｅ ｉｇ１ ０ ４ １ Ｇｒｄ ａｅ ｉｅｓｔ ｏ ｈｎ ｓ ａ ｅ ｆ ｉｎ ｅ ，Ｂ ｉｎ ０ ９，Ｃｈｎ ；２ Ｓ ｅ ｙ ｎ ｎ ｔｕｅｏ ｙ Ｓ ｊ ０ ｉａ ． ｈ ｎ ａ ｇＩｓｉ ｔ ｆ ｔ Ｃ ｍｐ ｔ ｇＴ ｃ ｎ ｌｇ ，Ｃ ｉｅ ｅＡｃ ｄ ｍｙｏ ｃｅ ｃ ｓ ｈ ｎ ａ ｇ １ ０ ６ ｏ ｕｉ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｈｎ ｓ ａ ・ ｆＳ ｉｎ ｅ ，Ｓ ｅ ｙ ｎ １ ８，Ｃ ｉａ ｎ ｅ １ ｈｎ ）
中 图 分 类 号 ：Ｈ１ ； Ｇ ５ Ｔ ６ Ｔ ６
文 献标 识码 ： Ａ
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｓ ａ ｃ ｆ ＣＮＣ ｅ ｌｔｍ ｅ Ｃ ｏｌｓｏ ｅ ｅ ｔｏ ｅ ｈｏ Ｒ ａ －ｉ ｌ ｉ ｎ Ｄ ｔ ｃ ｉ ｎ Ｍ ｔ ｄ ｉ
Ｗ Ｕ ｎ ， Ｆｅ ｇ 一 ＹＵ ｎ 。 ＺＨＡＮＧ ａ ． ｕ ，ＧＥＮＧ ｎ ， Ｄｏ ｇ Ｘｉ ｏ ｈ ｉ一 Ｃｏ ｇ 一 ＣＨＥＮ ｏ ｇ ， Ｌ ｎ
Ａ Ｂ Ａ Ｂ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 ， 证 结果表 明该 算 法可 验
实 时 完成 对 碰 撞 体 保 护 区域 的 检 测 。 关 键 词 ： 撞 检 测 ； 围盒 ； 离 轴 理 论 ； 方 体 相 交 理 论 碰 包 分 长
Ａｂ ｔａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｃｏ ｌｓｏ ｅ ｅ ｔ ｓａ ｍ ｐｏ ｔｎｔｆ ｎｃｉ ｎ ｌｂ ｏ ｋ ｉ ｈ ｌｉｉｎ ｄ ｔｃ ｉ ｉ ｎ ｉ ｏｎ ｒａ ｕ ｔｏ ａ ｌ ｃ ｎ ｔ ｅ ＣＮＣ ｒ ｃ ｓｉ ｇ， Ｃｏｌ ｓｏｎ ｄ ｔｃｉ ｎ ｐ ｏ ｅ ｓｎ ｌ ｉ ｅｅ ｔ ｉ ｏ ｃ ｎ ａ ｏ ｄ ａｃ ｌｉｉ ｅｗ ｅ ｎ ｔ ｏ ｓａ ｄ ｃ ｍ ｐｏ ｅ ｔ ，ａ ｄ ｃ ｎ ｉ ｐ ｏ ｅ ｔｅ ｐ ｏ ｅ ｓｎｇ ｓ ｃ ｒｔ Ａｆｅ ｔ — ａ ｖ ｉ ｏ ｌｓｏｎ ｂ ｔ ｅ ｏ ｌ ｎ ｏ ｎ ｎ ｓ ｎ ａ ｍ ｒ ｖ ｈ ｒ ｃ ｓ ｉ ｅ ｕ ｉｙ． ｔｒｓｕｄ ｙｎｇ ａ ｌｒ ｅ ｎｕ ｉ ａ ｇ ｍｂｅ ｆｒ ａ —ｉ ｅ ｃ ｌｉｉ ｅ ｅ ｔｏ ｌ ｏ ｉｈ ， ａ ｇ ｏ ｅ ｌｔｍ ｅ ｃ ｌｉｉ ｎ ｄ ｔｃ ｉｎ ａｇ － ｒ ｏ ｅ ｌｔｍ ｏ ｌｓｏｎ ｄ ｔｃ ｉ ｎ ａｇ ｒｔ ｍ ｏ ｄ ｒ ａ —ｉ ｏ ｌｓｏ ｅ ｅ ｔ ｌ ｏ ｏ ｒｔ ｍ ｓｐ ｏ ｓ ｄ ｔ ｖ ｉ ｈｅ ｓｍ ｕ ａ ｉｎ ｓ ｆｗ ａ ｅ ｄ ｔｃｉ ｇ ｄ ｆ ｃｓ ｉｈ ｉ ｒ ｐｏ ｅ ｏ ａ ｏ ｄ ｔ ｉ ｌ ｔｏ ｏ ｔ ｒ ｅｅ ｔ ｅ ｅ ｔ ．Ｆｉｓｌ ｔ ｌ ｏ ｉｈ ｅ ｔｂ ｉｈｅ ｈ ｎ ｒｔｙ， ｈｅ ａ ｇ ｒｔ ｍ ｓａ ｌｓ ｓｔ ｅ ｐｒ ｔ ｃｉ ｎ ａ ｅ ｓ ｏ ｏ ｐ ｎ ｎ ｓ ａ ｄ ｔ ｏｌ ｈ ｏ ｈ ｕ ｉ ｇ ｂ ｕ ｉ ｇ ｂ ｘ ｓ ＡＡＢＢ ，ａ ｄ ｕ ｅ ｐ ｅｒ ａｍ ｅ ｔｔ ｏ ｅ ｔｏ ｒ ａ ｆｃ ｍ ｏ ｅ ｔ ｎ ｏ ｓｔ ｒ ｕｇ ｓｎ ｏ ｎｄ ｎ ｏ ｅ ｎ ｓ ｒ ｔｅ ｔ ｎ ｏ