基于虚拟现实的冗余度机器人运动规划及仿真研究

摘要

虚拟现实技术作为一门新兴的技术,目前在许多领域都开展了对虚拟现实技术的应用研究.而基于虚拟技术的远程操作及仿真是虚拟现实技术在机器人研究和应用中的主要方向.由于现代机器人工作任务变得日益复杂,要求机器人具有更多的自由度,于是冗余度机器人的应用越来越广泛.利用冗余度机器人关节的自运动,可以获得最优关节位形,改善机器人的运动学和动力学性能,完成诸如克服奇异性,避免关节转角极限,避免与障碍物的碰撞等复杂的操作任务.因此,关于冗余度机器人的研究引起了广大学者的极大兴趣,运动规划作为冗余度机器人研究的重要课题之一,不断探索和开发新的运动规划算法,研究和实现运动规划过程的可视化具有十分重要的现实意义.该学位论文系统地研究了一种新的运动规划算法,并实现了运动规划的虚拟仿真.

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1课题的提出

1.2本学位论文研究的目的和意义

1.3文献综述

1.3.1虚拟现实技术的发展过程及研究现状

1.3.2机器人的发展过程及冗余度相关研究

1.4本学位论文研究的主要内容

第2章 可视化机器人运动系统仿真建模研究

2.1可视化技术分析

2.1.1可视化技术的内容

2.1.2可视化技术发展现状

2.1.3可视化技术的平台依赖性

2.2虚拟对象的模型

2.2.1几何建模

2.2.2运动建模

2.2.3物理建模

2.2.4对象特征

2.2.5模型分割

2.3虚拟现实系统的构成和设计方法研究

2.3.1新型的虚拟现实系统

2.3.2虚拟现实系统中的关键技术

2.3.3虚拟现实系统设计方法分析

2.3.4基于面向智能体技术的VR系统设计方法研究

2.4面向机器人应用的虚拟环境系统

2.5本章小结

第3章 冗余度机器人操作机运动学及其研究

3.1冗余度机器人操作机运动学分析方法概述

3.2基于速度的冗余度逆解

3.3利用特解求冗余度逆解方程(3-2)的特解

3.4利用通解寻求冗余度逆解

3.5通过非冗余度系统求解冗余度逆解

3.5.1分解方法

3.5.2扩展作业空间方法

3.6基于加速度的冗余度逆解

3.7冗余度机器人的全局优化

3.8本章小结

第4章 冗余度机器人路径规划方法的研究

4.1逆运动学解的基本研究方法

4.2逆运动学运动规划的新型算法——运动路径图介绍

4.2.1路径图算法的主要特点

4.2.2路径图算法概述

4.3公式化问题的建立

4.3.1标记介绍

4.3.2测量方法的确定

4.3.3目标函数的建立

4.4局部算法SEARCH

4.4.1 SEARCH算法的基本思想

4.4.2优化函数g(θ，i)的执行

4.5 EXPLORE算法

4.5.1理想型EXPLORE

4.5.2应用型EXPLORE

4.6生成随机可行性路径：Manhattan路径和反弹技术

4.7程序INVKIN

4.8仿真结果

4.9 SEARCH的定量复杂程度分析

4.10本章小结

第5章 逆运动算法的完整性研究

5.1不同形式的完整性的相关概念

5.2一般化讨论

5.3正式证明

5.3.1填充和覆盖的基本定义

5.3.2 EXPLORE∞的完整性

5.3.3 EXPLOREe的完整性

5.3.4实际使用的EXPLORE的完整性

5.3.5综合SEARCH和EXPLORE的完整性

5.4本章小结

第6章 基于VR的冗余度机器人运动规划仿真系统

6.1虚拟环境系统

6.2基于OpenGL的虚拟环境建模

6.2.1 OpenGL概念和基本功能简介

6.2.2几何静态建模方法

6.2.3系统物理建模方法

6.2.4几何动态建模方法

6.3虚拟模型运动规划控制方法

6.3.1目标任务描述

6.3.2控制策略

6.3.3机器人机械手跟踪轨迹规划

6.3.4基于轨迹跟踪目标作业任务

6.4仿真系统及其实验

6.5本章小结

结 论

致 谢

攻读博士学位期间发表的论文

参考文献