基于远程操控的虚实结合机器人教学实验平台研究

摘要

工程课程的学习需要完成大量的实验操作，实现对所学理论知识点的理解加深，在学校资源受到诸多限制的情况下，利用虚拟仿真技术、网络通信技术构建虚实结合的实验平台系统是解决这一方法的重要途径。基于现阶段的虚实结合仿真实现系统交互性差、兼容性不强等不足，本文以机械学科中的机器人为例，进行了虚实结合实验平台的设计，主要研究内容包含以下几个方面：
　　利用新媒体理论和自主学习理论阐述了虚实结合实验平台构建的必要性，针对需求分析，设计虚实结合实验平台的总体框架。选取机器人作为实验对象，对其进行理论建模，求解机器人正逆运动学方程；在笛卡尔空间坐标系中，对机器人末端直线运动进行轨迹规划，通过改进传统的匀加速、减速直线轨迹算法，采用三角函数过度，消除运动过程中的刚性冲击和柔性冲击。
　　在虚拟仿真设计方面，实现B/S模式下如何进行虚拟开发和如何实验网络化部署，并对其相关技术进行研究，包含三维建模、COLLADA文件生成、在WebGL中如何实现交互以及Apache服务器部署；在实物远程控制方面，实现机器人远程如何合理化控制以及现场视频信息反馈，包含网络通信实现，排队管理实现，数据传输、轨迹规划、指令解析的实现以及WebRTC视频传输的实现。
　　以DRBOT机器人为例，按照机器人学教学实验的要求，进行了机器人课程的相关实验，并与理论进行对比，验证实验的准确性和可行性。实验测试结果表明，该系统运行稳定，利用HTML5开发的虚实结合实验平台无需安装任何插件，具有良好地兼容性，对实验教学的开发具有良好的实用价值。

目录

声明

1 绪论

1.1课题背景

1.2 国内外研究现状

1.3 课题研究的内容

2 虚实结合机器人实验平台的研究

2.1 虚实结合实验教学平台的理论支撑

2.2 虚实结合实验平台的需求分析

2.3实验平台的系统框架

2.4 机器人运动学建模

2.5 本章小结

3 机器人实验平台虚拟仿真的实现

3.1 HTML5的介绍

3.2 虚拟仿真平台的结构

3.3 虚拟仿真实验模型设计

3.4 虚拟交互的实现

3.5 Web网页部署

3.6 本章小节

4 机器人实验平台远程控制的实现

4.1 实物远程控制平台的结构

4.2 网络通信模块的实现

4.3排队管理的实现

4.4 数据传输控制及指令解析的实现

4.5 视频传输的实现

4.6 本章小结

5 虚实结合实验平台的实验应用

5.1 实验内容介绍

5.2 机器人虚实结合实验

5.3 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间研究成果