一种维修可达的判断方法及系统

摘要

本发明公开了一种维修可达的判断方法及系统。该方法包括：计算手掌位置固定时手臂自由活动的全部姿态，形成手臂姿态初始解集；重构产品三维模型；将手臂姿态初始解集所确定的各手臂形态与产品三维模型进行相交检测，得到检测结果；根据检测结果确定维修可达度。本发明的维修可达的判断方法及系统能够筛选出可达的全部姿态，打破现有技术的局限性。

权利要求

1.一种维修可达的判断方法，其特征在于，包括：计算手掌位置固定时手臂自由活动的全部姿态，形成手臂姿态初始解集；

重构产品三维模型；

将所述手臂姿态初始解集所确定的各手臂形态与产品三维模型进行相交检测，得到检测结果；

根据所述检测结果确定维修可达度；

所述计算手掌位置固定时手臂自由活动的全部姿态，形成手臂姿态初始解集，具体包括：

将前臂和后臂表示为连杆，以腕关节坐标系为基准坐标系，以手掌位置固定为条件建立手臂模型；

通过设置腕关节、肘关节和肩关节自由度角度形成各关节位置；

将每个肘关节位置和每个腕关节位置连接并拟合成以第一长度为半径的圆柱体形成所有前臂姿态，将每个肘关节位置和每个肩关节位置连接并拟合成以第二长度为半径的圆柱体形成所有后臂姿态；

利用排列组合筛选所有所述前臂姿态以及所有所述后臂姿态能够构成的所有手臂姿态，得到所述手臂姿态初始解集；

所述重构产品三维模型，具体包括：在原有产品模型的基础上，以所述第一长度为扩张厚度，将所述原有产品模型的各表面向外扩张，得到前臂相交检测模型；

在所述原有产品模型的基础上，以所述第二长度为扩张厚度，将所述原有产品模型的各表面向外扩张，得到后臂相交检测模型；

将所述前臂相交检测模型和所述后臂相交检测模型划分成多个规则图形；

将各所述前臂姿态的圆柱体和各所述后臂姿态的圆柱体简化为圆柱体的轴线线段，得到多个前臂线段和多个后臂线段；

所述将所述手臂姿态初始解集所确定的各手臂形态与产品三维模型进行相交检测，得到检测结果，具体包括：

判断各个所述前臂线段与所述前臂相交检测模型被划分的多个规则图形是否相交，得到第一判断结果；

若所述第一判断结果为是，则将所述第一判断结果为是的前臂线段标记为不可达前臂线段；

若所述第一判断结果为否，则将所述第一判断结果为否的前臂线段标记为可达前臂线段；

判断各所述可达前臂线段所对应的各个后臂线段与所述后臂相交检测模型被划分的多个规则图形是否相交，得到第二判断结果；

若所述第二判断结果为是，则将所述第二判断结果为是的后臂线段标记为不可达后臂线段；

若所述第二判断结果为否，则将所述第二判断结果为否的后臂线段标记为可达后臂线段；

将所述可达后臂线段以及所述可达后臂线段所对应的可达前臂线段所构成的姿态确定为维修可达姿态。

2.根据权利要求1所述的维修可达的判断方法，其特征在于，所述根据所述检测结果确定维修可达度，具体包括：

计算所述维修可达姿态的数量占所述手臂姿态初始解集中手臂姿态数量的百分比得到维修可达度。

3.一种维修可达的判断系统，其特征在于，包括：手臂姿态确定模块，用于计算手掌位置固定时手臂自由活动的全部姿态，形成手臂姿态初始解集；

产品模型重构模块，用于重构产品三维模型；

相交检测模块，用于将所述手臂姿态初始解集所确定的各手臂形态与产品三维模型进行相交检测，得到检测结果；

维修可达度确定模块，用于根据所述检测结果确定维修可达度；

所述手臂姿态确定模块包括：手臂模型建立单元，用于将前臂和后臂表示为连杆，以腕关节坐标系为基准坐标系，以手掌位置固定为条件建立手臂模型；

关节位置计算单元，用于通过设置腕关节、肘关节和肩关节自由度角度形成各关节位置；

圆柱体前后臂构建单元，用于将每个肘关节位置和每个腕关节位置连接并拟合成以第一长度为半径的圆柱体形成所有前臂姿态，将每个肘关节位置和每个肩关节位置连接并拟合成以第二长度为半径的圆柱体形成所有后臂姿态；

手臂姿态形成单元，用于利用排列组合筛选所有所述前臂姿态以及所有所述后臂姿态能够构成的所有手臂姿态，得到所述手臂姿态初始解集；

所述产品模型重构模块包括：第一扩张单元，用于在原有产品模型的基础上，以所述第一长度为扩张厚度，将所述原有产品模型的各表面向外扩张，得到前臂相交检测模型；

第二扩张单元，用于在所述原有产品模型的基础上，以所述第二长度为扩张厚度，将所述原有产品模型的各表面向外扩张，得到后臂相交检测模型；

规则图形划分单元，用于将所述前臂相交检测模型和所述后臂相交检测模型划分成多个规则图形；

前后臂简化单元，用于将各所述前臂姿态的圆柱体和各所述后臂姿态的圆柱体简化为圆柱体的轴线线段，得到多个前臂线段和多个后臂线段；

所述相交检测模块包括：

第一判断单元，用于判断各个所述前臂线段与所述前臂相交检测模型被划分的多个规则图形是否相交，得到第一判断结果；

不可达前臂线段标记单元，用于若所述第一判断结果为是，则将所述第一判断结果为是的前臂线段标记为不可达前臂线段；

可达前臂线段标记单元，用于若所述第一判断结果为否，则将所述第一判断结果为否的前臂线段标记为可达前臂线段；

第二判断单元，用于判断各所述可达前臂线段所对应的各个后臂线段与所述后臂相交检测模型被划分的多个规则图形是否相交，得到第二判断结果；

不可达后臂线段标记单元，用于若所述第二判断结果为是，则将所述第二判断结果为是的后臂线段标记为不可达后臂线段；

可达后臂线段标记单元，用于若所述第二判断结果为否，则将所述第二判断结果为否的后臂线段标记为可达后臂线段；

维修可达姿态筛选单元，用于将所述可达后臂线段以及所述可达后臂线段所对应的可达前臂线段所构成的姿态确定为维修可达姿态。

4.根据权利要求3所述的维修可达的判断系统，其特征在于，所述维修可达度确定模块包括：

占比计算单元，用于计算所述维修可达姿态的数量占所述手臂姿态初始解集中手臂姿态数量的百分比得到维修可达度。

说明书

一种维修可达的判断方法及系统

技术领域

[0001] 本发明涉及维修技术领域，特别是涉及一种维修可达的判断方法及系统。

背景技术

[0002] 随着技术发展，各种产品向高度集成化、自动化和智能化方向发展，维修难度增大，为保证产品具有较好的使用可靠性和较低的全寿命周期费用，维修性设计与分析成为
整个设计过程中必不可少的研究。

[0003] 维修可达性是维修性设计与评价中的一个重要因素，良好的可达性设计可以使维修人员快速方便地接近维修部位，进而减少维修时间，提高工作效率，是实现方便和快捷维
修的重要影响因素，而维修部位不可达，则会给修理带来很大的困难。

[0004] 目前的维修可达性分析主要基于物理样机、虚拟样机和几何分析等方法。然而这些方法依然存在一些缺陷。例如基于几何分析的方法具有局限性，只能得到有限组可达解。

发明内容

[0005] 基于此，有必要提供一种维修可达的判断方法及系统，克服现有分析方法的局限性缺陷。

[0006] 为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

[0007] 一种维修可达的判断方法，包括：

[0008] 计算手掌位置固定时手臂自由活动的全部姿态，形成手臂姿态初始解集；

[0009] 重构产品三维模型；

[0010] 将所述手臂姿态初始解集所确定的各手臂形态与产品三维模型进行相交检测，得到检测结果；

[0011] 根据所述检测结果确定维修可达度。

[0012] 可选的，所述计算手掌位置固定时手臂自由活动的全部姿态，形成手臂姿态初始解集，具体包括：

[0013] 将前臂和后臂表示为连杆，以腕关节坐标系为基准坐标系，以手掌位置固定为条件建立手臂模型；

[0014] 通过设置腕关节、肘关节和肩关节自由度角度形成各关节位置；

[0015] 将每个肘关节位置和每个腕关节位置连接并拟合成以第一长度为半径的圆柱体形成所有前臂姿态，将每个肘关节位置和每个肩关节位置连接并拟合成以第二长度为半径
的圆柱体形成所有后臂姿态；

[0016] 利用排列组合筛选所有所述前臂姿态以及所有所述后臂姿态能够构成的所有手臂姿态，得到所述手臂姿态初始解集。

[0017] 可选的，所述重构产品三维模型，具体包括：

[0018] 在原有产品模型的基础上，以所述第一长度为扩张厚度，将所述原有产品模型的各表面向外扩张，得到前臂相交检测模型；

[0019] 在所述原有产品模型的基础上，以所述第二长度为扩张厚度，将所述原有产品模型的各表面向外扩张，得到后臂相交检测模型；

[0020] 将所述前臂相交检测模型和所述后臂相交检测模型划分成多个规则图形；

[0021] 将各所述前臂姿态的圆柱体和各所述后臂姿态的圆柱体简化为圆柱体的轴线线段，得到多个前臂线段和多个后臂线段。

[0022] 可选的，所述将所述手臂姿态初始解集所确定的各手臂形态与产品三维模型进行相交检测，得到检测结果，具体包括：

[0023] 判断各个所述前臂线段与所述前臂相交检测模型被划分的多个规则图形是否相交，得到第一判断结果；

[0024] 若所述第一判断结果为是，则将所述第一判断结果为是的前臂线段标记为不可达前臂线段；

[0025] 若所述第一判断结果为否，则将所述第一判断结果为否的前臂线段标记为可达前臂线段；

[0026] 判断各所述可达前臂线段所对应的各个后臂线段与所述后臂相交检测模型被划分的多个规则图形是否相交，得到第二判断结果；

[0027] 若所述第二判断结果为是，则将所述第二判断结果为是的后臂线段标记为不可达后臂线段；

[0028] 若所述第二判断结果为否，则将所述第二判断结果为否的后臂线段标记为可达后臂线段；

[0029] 将所述可达后臂线段以及所述可达后臂线段所对应的可达前臂线段所构成的姿态确定为维修可达姿态。

[0030] 可选的，所述根据所述检测结果确定维修可达度，具体包括：

[0031] 计算所述维修可达姿态的数量占所述手臂姿态初始解集中手臂姿态数量的百分比得到维修可达度。

[0032] 本发明还公开一种维修可达的判断系统，包括：

[0033] 手臂姿态确定模块，用于计算手掌位置固定时手臂自由活动的全部姿态，形成手臂姿态初始解集；

[0034] 产品模型重构模块，用于重构产品三维模型；

[0035] 相交检测模块，用于将所述手臂姿态初始解集所确定的各手臂形态与产品三维模型进行相交检测，得到检测结果；

[0036] 维修可达度确定模块，用于根据所述检测结果确定维修可达度。

[0037] 可选的，所述手臂姿态确定模块包括：

[0038] 手臂模型建立单元，用于将前臂和后臂表示为连杆，以腕关节坐标系为基准坐标系，以手掌位置固定为条件建立手臂模型；

[0039] 关节位置计算单元，用于通过设置腕关节、肘关节和肩关节自由度角度形成各关节位置；

[0040] 圆柱体前后臂构建单元，用于将每个肘关节位置和每个腕关节位置连接并拟合成以第一长度为半径的圆柱体形成所有前臂姿态，将每个肘关节位置和每个肩关节位置连接
并拟合成以第二长度为半径的圆柱体形成所有后臂姿态；

[0041] 手臂姿态形成单元，用于利用排列组合筛选所有所述前臂姿态以及所有所述后臂姿态能够构成的所有手臂姿态，得到所述手臂姿态初始解集。

[0042] 可选的，所述产品模型重构模块包括：

[0043] 第一扩张单元，用于在原有产品模型的基础上，以所述第一长度为扩张厚度，将所述原有产品模型的各表面向外扩张，得到前臂相交检测模型；

[0044] 第二扩张单元，用于在所述原有产品模型的基础上，以所述第二长度为扩张厚度，将所述原有产品模型的各表面向外扩张，得到后臂相交检测模型；

[0045] 规则图形划分单元，用于将所述前臂相交检测模型和所述后臂相交检测模型划分成多个规则图形；

[0046] 前后臂简化单元，用于将各所述前臂姿态的圆柱体和各所述后臂姿态的圆柱体简化为圆柱体的轴线线段，得到多个前臂线段和多个后臂线段。

[0047] 可选的，所述相交检测模块包括：

[0048] 第一判断单元，用于判断各个所述前臂线段与所述前臂相交检测模型被划分的多个规则图形是否相交，得到第一判断结果；

[0049] 不可达前臂线段标记单元，用于若所述第一判断结果为是，则将所述第一判断结果为是的前臂线段标记为不可达前臂线段；

[0050] 可达前臂线段标记单元，用于若所述第一判断结果为否，则将所述第一判断结果为否的前臂线段标记为可达前臂线段；

[0051] 第二判断单元，用于判断各所述可达前臂线段所对应的各个后臂线段与所述后臂相交检测模型被划分的多个规则图形是否相交，得到第二判断结果；

[0052] 不可达后臂线段标记单元，用于若所述第二判断结果为是，则将所述第二判断结果为是的后臂线段标记为不可达后臂线段；

[0053] 可达后臂线段标记单元，用于若所述第二判断结果为否，则将所述第二判断结果为否的后臂线段标记为可达后臂线段；

[0054] 维修可达姿态筛选单元，用于将所述可达后臂线段以及所述可达后臂线段所对应的可达前臂线段所构成的姿态确定为维修可达姿态。

[0055] 可选的，所述维修可达度确定模块包括：

[0056] 占比计算单元，用于计算所述维修可达姿态的数量占所述手臂姿态初始解集中手臂姿态数量的百分比得到维修可达度。

[0057] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：

[0058] 本发明提出了一种维修可达的判断方法及系统，首先计算手臂自由活动的全部姿态，然后利用相交检测确定各个姿态是否可达，从而确定可达度。本发明从手臂自由活动的
全部姿态中筛选可达的姿态，从而能够筛选出可达的全部姿态，打破现有技术的局限性。

附图说明

[0059] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施
例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图
获得其他的附图。

[0060] 图1为本发明实施例1的维修可达的判断方法的方法流程图；

[0061] 图2为人体手臂坐标系示意图；

[0062] 图3为相交检测原始场景图；

[0063] 图4为手臂姿态初始解集示意图；

[0064] 图5为实施例2中相交检测场景1的示意图；

[0065] 图6为实施例2中相交检测场景2的示意图；

[0066] 图7为实施例3的维修可达的判断系统的系统结构图。

具体实施方式

[0067] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本发明保护的范围。

[0068] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

[0069] 本发明提供一种维修可达的判断方法及系统。维修可达即进行维修操作时能否触摸到维修部位，是产品能进行维修的首要条件，因此需对产品是否维修可达进行判断。本发
明从全局的手臂姿态初始解集出发，重点考虑手臂关节点的空间位置、手臂关节的自由度
的约束，通过对手臂姿态初始解集的生成、优化和筛选，实现对维修可达的量化分析及表
征，可降低人为主观因素对于维修可达分析的影响，实现维修可达自动化判断，同时打破现
有维修可达分析的局限性。

[0070] 本发明的基本原理如下：本发明对手掌固定时，手臂可自由活动的全部姿态进行求解，考虑了关节点空间位置以及手臂关节自由度的约束，构建维修场景三维模型，将手臂
全部姿态与三维场景中产品进行相交检测，判断其中是否存在可达解。

[0071] 本发明的具体实施例如下：

[0072] 实施例1：

[0073] 图1为本发明实施例1的维修可达的判断方法的方法流程图。

[0074] 参见图1，该维修可达的判断方法，包括：

[0075] 步骤101：计算手掌位置固定时手臂自由活动的全部姿态，形成手臂姿态初始解集。

[0076] 该步骤101包括模型创建和手臂姿态初始解集求解两个过程。

[0077] 模型创建过程的本质是求解手掌位置固定时手臂各关节在全局空间中位置表达式：建立反映人体手臂在空间中活动的模型，确定手臂关节姿态数据的基准坐标系，获得基
准坐标系下各关节空间位置的表达形式，表征手臂空间姿态。

[0078] 模型创建过程为：将前臂和后臂表示为连杆，以腕关节坐标系为基准坐标系，以手掌位置固定为条件建立手臂模型。

[0079] 模型创建过程的一个具体实施方式如下：

[0080] 建立连杆模型对手臂进行表示。在每个杆件末端都建立一个坐标系，如附图2，图中l为前臂长度，h为后臂长度，从下至上三个节点分别为腕关节、肘关节与肩关节，0坐标系
(x0‑y0‑z0)为基座标系，1‑7坐标系(x1‑y1‑z1、x2‑y2‑z2、…、x7‑y7‑z7)分别对应腕关节的第一
自由度(即腕关节左右摆动角度)、前臂绕轴线旋转自由度、腕关节的第二自由度(即腕关节
上下摆动角度)、肘关节自由度、肩关节的第一、二、三自由度(即肩关节上下、左右、前后摆
动角度)处建立的坐标系。

[0081] 然后通过齐次坐标变换矩阵将两个相邻的坐标系联系起来。从i坐标系变换至i‑1坐标系坐标变换矩阵为：

[0082]

[0083] 式中：R3*3为旋转矩阵；

[0084] P3*1为位置矩阵；

[0085] O1*3为透视矩阵；

[0086] I1*1为比例矩阵；

[0087] ai表示相邻两关节轴线(z轴)之间的垂直距离(例如a1即z1与z0之间的垂直距离)；

[0088] αi表示相邻两关节轴线(z轴)之间的夹角(例如α1即z1与z0之间的夹角)；

[0089] di表示相邻两关节轴线的垂线(x轴)之间的距离(例如d1即x1与x0之间的距离)；

[0090] θi表示相邻两关节轴线的垂线(x轴)之间的夹角(例如θ1即x1与x0之间的夹角)。

[0091] 通过多个齐次坐标变换矩阵将肘关节与肩关节坐标转换至腕关节坐标系，得到肘关节与肩关节的位置表达式，表征手臂空间姿态。位置表达式中变量为各关节自由度角度
θ1～θ4，其中肘关节位置表达式为：

[0092]

[0093] 肩关节位置表达式为

[0094]

[0095] 式中，l为前臂长度，h为后臂长度，s代表sin，c代表cos，1～4代表θ1～θ4，分别为腕关节的第一自由度(即腕关节左右摆动角度)、前臂绕轴线旋转自由度、腕关节的第二自由
度(即腕关节上下摆动角度)、肘关节自由度角度。l与h的取值以及θ1～θ4的取值范围可根据
不同人进行设置。

[0096] 手臂姿态初始解集求解过程的原理如下：

[0097] 确定一角度作为关节变化分度，对模型创建过程的关节位置表达式加以变化范围约束下，得到包含若干组手臂姿态的初始解集，可看作手掌固定时手臂可自由活动全部姿
态，即为初始解集的生成。选取合适的关节变化角度，生成适当规模的初始解空间，即为初
始解空间的优化。

[0098] 手臂姿态初始解集求解过程具体如下：

[0099] 通过设置腕关节、肘关节和肩关节自由度角度形成各关节位置；将每个肘关节位置和每个腕关节位置连接并拟合成以第一长度为半径的圆柱体形成所有前臂姿态，将每个
肘关节位置和每个肩关节位置连接并拟合成以第二长度为半径的圆柱体形成所有后臂姿
态；利用排列组合筛选所有所述前臂姿态以及所有所述后臂姿态能够构成的所有手臂姿
态，得到所述手臂姿态初始解集。

[0100] 手臂姿态初始解集求解过程的一个具体实施方式如下：

[0101] 根据模型创建过程中各关节在腕关节坐标系下的位置表达形式，通过设置各关节自由度角度，可以得出人体手臂的不同姿态即各关节位置。

[0102] 模型创建过程肘关节与肩关节位置表达式中，设置关节角度变化分度为n度，将4个角度，分别从取值下限开始，每隔n度取一次值，得到4个包含若干角度值的集合，这4个集
合即为4个自由度角度的取值。

[0103] 再分别从4个集合中取值，得到包含4个角度值的集合。遍历所有取值可能，得到不同的取值集合。将这些取值集合分别代入肘关节与肩关节位置表达式中，可以得到与其对
应的肘关节、肩关节位置。将所有腕关节位置与所有肘关节位置连线成圆柱体表示前臂，所
有肘关节位置与所有肩关节位置连线成另外一个圆柱体可以表示后臂，即可对人体手臂姿
态进行表示。这样，可以将原本连续的手臂姿态初始解空间离散化，这些离散的解可以表示
为，手掌固定时，人体手臂在无障碍空间中可自由活动的全部姿态。

[0104] 步骤102：重构产品三维模型。

[0105] 该步骤102的原理为：构建一个支持计算分析的虚拟环境，根据产品原有三维模型与计算需求，对产品三维模型进行重构，以简化过程和提高效率；再根据重构后模型自身特
点，以参数形式对其表示。

[0106] 步骤102具体包括：

[0107] 在原有产品模型的基础上，以所述第一长度为扩张厚度，将所述原有产品模型的各表面向外扩张，得到前臂相交检测模型；

[0108] 在所述原有产品模型的基础上，以所述第二长度为扩张厚度，将所述原有产品模型的各表面向外扩张，得到后臂相交检测模型；

[0109] 将所述前臂相交检测模型和所述后臂相交检测模型划分成多个规则图形；

[0110] 将各所述前臂姿态的圆柱体和各所述后臂姿态的圆柱体简化为圆柱体的轴线线段，得到多个前臂线段和多个后臂线段。

[0111] 步骤102的一个具体实施方式如下：

[0112] 为简化后续步骤中空间关系的判断，把步骤101中原本视为圆柱体的前臂和后臂分别处理为线段(各自用对应圆柱体的中轴线代表)，将圆柱体半径叠加至各产品三维模型
上，使产品三维模型各表面向外扩张同等厚度，重构产品模型。因手臂与空间关系的判断需
同时考虑前臂与后臂，而前臂与后臂的厚度不同，所以需构建两个用于计算的场景：前臂厚
度与后臂厚度分别记为r1(第一长度)、r2(第二长度)，将各表面向外扩张r1厚度，得到与前
臂进行相交检测的场景1(前臂相交检测模型)；将各表面向外扩张r2厚度，得到与后臂进行
相交检测的场景2(后臂相交检测模型)。

[0113] 产品三维模型重构后，若模型规则，则以包围球、包围盒、圆柱体、胶囊体等对其进行表示；若模型不规则，则对其进行网格划分，以三角面片进行表示。然后获取各产品的几
何特征数据。

[0114] 其中，各类型产品数据如表1所示：

[0115] 表1 产品几何特征数据类型表

[0116]

[0117] 步骤103：将所述手臂姿态初始解集所确定的各手臂形态与产品三维模型进行相交检测，得到检测结果。

[0118] 步骤103包括：

[0119] 判断各个所述前臂线段与所述前臂相交检测模型被划分的多个规则图形是否相交，得到第一判断结果；

[0120] 若所述第一判断结果为是，则将所述第一判断结果为是的前臂线段标记为不可达前臂线段；

[0121] 若所述第一判断结果为否，则将所述第一判断结果为否的前臂线段标记为可达前臂线段；

[0122] 判断各所述可达前臂线段所对应的各个后臂线段与所述后臂相交检测模型被划分的多个规则图形是否相交，得到第二判断结果；

[0123] 若所述第二判断结果为是，则将所述第二判断结果为是的后臂线段标记为不可达后臂线段；

[0124] 若所述第二判断结果为否，则将所述第二判断结果为否的后臂线段标记为可达后臂线段；

[0125] 将所述可达后臂线段以及所述可达后臂线段所对应的可达前臂线段所构成的姿态确定为维修可达姿态。

[0126] 步骤103的一个具体实施方式如下：

[0127] 先以前臂与步骤102的场景1的模型进行相交检测，对前臂线段与已用包围球等规则图形表示的模型进行空间关系判断。

[0128] 其中：

[0129] 前臂线段与包围球O判断时，求解球心到前臂线段的距离d，并与包围球O的半径R进行比较，若d＞R则前臂线段与包围球O不相交，若d≤R则前臂线段与球O相交；

[0130] 前臂线段与圆柱体C判断时，分别求解前臂线段所在直线与圆柱体C的上底面所在平面、下底面所在平面以及侧面所在曲面的交点，若有交点既处于前臂线段内，又处于圆柱
体C的上底面、下底面或侧面内，则前臂线段与圆柱体C相交，否则不相交；

[0131] 前臂线段与胶囊体D判断时，求解前臂线段与胶囊体轴线间最短距离d，并与胶囊体D半径R进行比较，若d＞R则线段与胶囊体D不相交，若d≤R则线段与胶囊体D相交；

[0132] 前臂线段与包围盒E判断时，选择包围盒E的3个面法线以及3个面法线与前臂线段方向向量的叉积向量这6个轴进行判断，只要有一个轴为分离轴，即此轴作为超平面，可使
前臂线段与包围盒E分别处于超平面两侧，则前臂线段与包围盒E不相交，否则相交；

[0133] 前臂线段与三角面片F判断时，求解前臂线段所在直线与三角面片F所在平面的交点，若交点既处于前臂线段内，又处于三角面片F内，则前臂线段与三角面片F相交，否则不
相交。

[0134] 判断空间关系时，以包围球、圆柱体、胶囊体、包围盒、三角面片的顺序进行判断，若有交点则该姿态不可达，对应的后臂线段不需再做检测。

[0135] 将不相交的前臂线段对应的后臂线段以相同相交检测顺序与场景2的模型进行空间关系判断，逻辑相同。若后臂线段也不相交，则该组手臂姿态为可达姿态。若没有符合条
件的姿态，则该位置不可达。

[0136] 步骤104：根据所述检测结果确定维修可达度。

[0137] 该步骤104具体包括：

[0138] 计算所述维修可达姿态的数量占所述手臂姿态初始解集中手臂姿态数量的百分比得到维修可达度。该步骤可实现维修可达的量化。

[0139] 实施例2：

[0140] 该实施例2是实施例1的一种具体实施例。

[0141] 以附图3为例，对本发明的维修可达的判断方法进行具体说明。

[0142] 步骤101的模型创建过程：

[0143] 1)建立多连杆机构，对手臂进行表征，如附图2；

[0144] 2)通过D‑H矩阵连接相邻坐标系，D‑H矩阵为：

[0145]

[0146] 3)经过若干次变换，分别将肘关节、肩关节转换至腕关节坐标系；

[0147] 4)得到肘关节与肩关节坐标表达式，分别为：

[0148]

[0149]

[0150] 步骤101的手臂姿态初始解集求解过程：

[0151] 1)确定手臂长度与关节各自由度角度变化范围，其中前臂长度l＝267mm，后臂长度h＝339mm，坐标表达式中各角度范围分别为：‑45°≤θ1≤45°，0°≤θ2≤160°，‑85°≤θ3≤
100°，0°≤θ4≤142°；

[0152] 2)将各关节自由度角度变化分度设置为10°，得到各角度集合；

[0153] 3)得到不同角度组合下的腕关节、肘关节和肩关节坐标点，如附图4，其中原点为腕关节，内外层分别表示肘关节与肩关节；

[0154] 4)附图4中的腕关节与肘关节、肘关节与对应的肩关节连为线段形成两个圆柱体，可表示前臂与后臂。

[0155] 步骤102：

[0156] 1)附图3为相交检测原始场景，图中包括3个长方体、1个球和1个圆柱体和1条线段。线段表示手掌位置，其他形状表示场景中产品。

[0157] 2)将场景中各形状表面分别向外扩30mm形成场景1、向外扩50mm形成场景2。其中场景1如附图5，是与前臂进行相交检测计算时所用场景；场景2如附图6，是与后臂进行相交
检测计算时所用场景。

[0158] 3)场景1、2中，球以球心位置、半径进行表示；长方体(包围盒)以中心坐标、范围向量(三边长度的一半)、局部坐标轴(三边方向向量)进行表示；圆柱体以轴线端点坐标、半径
进行表示。场景1以及场景2中各物体几何特征分别如表2及表3所示：

[0159] 表2 场景1中物体几何特征数据表

[0160]

[0161]

[0162] 表3 场景2中物体几何特征数据表

[0163]

[0164] 步骤103：

[0165] 1)将步骤102中已处理为线段的前臂与场景1中产品进行相交检测，以球、圆柱体、长方体的顺序进行检测。若前臂与球、圆柱体、长方体有交点，则该组姿态不可达，所对应的
后臂不需再做检测。

[0166] 2)将不与产品相交的前臂姿态所对应的后臂姿态与场景2中产品进行相交检测，同样以球、圆柱体、长方体的顺序进行检测，逻辑与1)相同。

[0167] 3)若后臂姿态中不与场景2相交，则该组姿态为可达姿态。

[0168] 步骤104：

[0169] 在步骤101中的初始解集包含48450组人体手臂在无障碍空间中可自由活动的自由姿态。在步骤103中求得可达姿态为31898组，即步骤103中姿态有31898组是维修可达的
姿态，可以以其比值31898/48450，即0.658369来表征维修可达度。

[0170] 实施例3：

[0171] 该实施例3提供一种维修可达的判断系统。

[0172] 图7为实施例3的维修可达的判断系统的系统结构图。

[0173] 参见图7，该维修可达的判断系统包括：

[0174] 手臂姿态确定模块301，用于计算手掌位置固定时手臂自由活动的全部姿态，形成手臂姿态初始解集；

[0175] 产品模型重构模块302，用于重构产品三维模型；

[0176] 相交检测模块303，用于将所述手臂姿态初始解集所确定的各手臂形态与产品三维模型进行相交检测，得到检测结果；

[0177] 维修可达度确定模块304，用于根据所述检测结果确定维修可达度。

[0178] 可选的，所述手臂姿态确定模块301包括：

[0179] 手臂模型建立单元，用于将前臂和后臂表示为连杆，以腕关节坐标系为基准坐标系，以手掌位置固定为条件建立手臂模型；

[0180] 关节位置计算单元，用于通过设置腕关节、肘关节和肩关节自由度角度形成各关节位置；

[0181] 圆柱体前后臂构建单元，用于将每个肘关节位置和每个腕关节位置连接并拟合成以第一长度为半径的圆柱体形成所有前臂姿态，将每个肘关节位置和每个肩关节位置连接
并拟合成以第二长度为半径的圆柱体形成所有后臂姿态；

[0182] 手臂姿态形成单元，用于利用排列组合筛选所有所述前臂姿态以及所有所述后臂姿态能够构成的所有手臂姿态，得到所述手臂姿态初始解集。

[0183] 可选的，所述产品模型重构模块302包括：

[0184] 第一扩张单元，用于在原有产品模型的基础上，以所述第一长度为扩张厚度，将所述原有产品模型的各表面向外扩张，得到前臂相交检测模型；

[0185] 第二扩张单元，用于在所述原有产品模型的基础上，以所述第二长度为扩张厚度，将所述原有产品模型的各表面向外扩张，得到后臂相交检测模型；

[0186] 规则图形划分单元，用于将所述前臂相交检测模型和所述后臂相交检测模型划分成多个规则图形；

[0187] 前后臂简化单元，用于将各所述前臂姿态的圆柱体和各所述后臂姿态的圆柱体简化为圆柱体的轴线线段，得到多个前臂线段和多个后臂线段。

[0188] 可选的，所述相交检测模块303包括：

[0189] 第一判断单元，用于判断各个所述前臂线段与所述前臂相交检测模型被划分的多个规则图形是否相交，得到第一判断结果；

[0190] 不可达前臂线段标记单元，用于若所述第一判断结果为是，则将所述第一判断结果为是的前臂线段标记为不可达前臂线段；

[0191] 可达前臂线段标记单元，用于若所述第一判断结果为否，则将所述第一判断结果为否的前臂线段标记为可达前臂线段；

[0192] 第二判断单元，用于判断各所述可达前臂线段所对应的各个后臂线段与所述后臂相交检测模型被划分的多个规则图形是否相交，得到第二判断结果；

[0193] 不可达后臂线段标记单元，用于若所述第二判断结果为是，则将所述第二判断结果为是的后臂线段标记为不可达后臂线段；

[0194] 可达后臂线段标记单元，用于若所述第二判断结果为否，则将所述第二判断结果为否的后臂线段标记为可达后臂线段；

[0195] 维修可达姿态筛选单元，用于将所述可达后臂线段以及所述可达后臂线段所对应的可达前臂线段所构成的姿态确定为维修可达姿态。

[0196] 可选的，所述维修可达度确定模块304包括：

[0197] 占比计算单元，用于计算所述维修可达姿态的数量占所述手臂姿态初始解集中手臂姿态数量的百分比得到维修可达度。

[0198] 本发明的技术方案具有以下技术效果：

[0199] a)本发明提出的维修可达的判断方法自动化程度高，几乎不需要人的参与，更加客观；

[0200] b)本发明的维修可达的判断方法能从全局出发，得出手臂可达的全部姿态。

[0201] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统
而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说
明即可。

[0202] 本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据
本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不
应理解为对本发明的限制。