虚拟现实技术在移动机器人遥操作系统中的应用研究

摘要

本论文利用虚拟现实技术,在详细分析和设计TUT-1移动机器人(Automatic Guided Vehicle-AGV)基础上,构建了基于Internet的移动机器人遥操作系统,研究了AGV精确定位的理论和具体实现方案;对虚拟AGV进行动力学/运动学建模仿真,通过在线修改AGV物理参数以快速选择AGV的控制策略和最优配置,降低修改真实样机的时间和成本,并提供了连接真实移动机器人的仿真平台,使对移动机器人的遥操作方便、快捷;基于Petri网理论和投射式虚拟现实原理建立了移动机器人任务演绎逻辑的三层系统结构,经过实验运行检验,达到了减小基于网络的移动机器人遥操作时延的影响,对系统的控制稳定、准确;在仔细分析运动物体三维位置坐标测量原理的基础上,建立了确定移动机器人位置坐标的方法,根据超生传感器和坐标变换原理构建了虚拟跟踪器,实现了小车位置坐标到小车相对坐标的转换,驱动反映小车实际位姿下虚拟场景的实时更新,达到了准确标定移动机器人运行环境真实场景的目的,辅助操作者借助模拟场景反馈信息克服网络时延影响,对稳定系统控制起到了辅助作用.

目录

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第一章绪论

1.1引言

1.2遥操作机器人的发展及历史

1.2.1国外研究和发展历史

1.2.2国内研究和发展历史

1.3虚拟现实技术综述

1.3.1虚拟现实的基本概念

1.3.2虚拟现实的发展史

1.3.3虚拟现实技术在机器人遥操作中的发展及应用

1.4本论文研究的内容和组织

第二章基于Internet机器人遥操作系统的软硬件结构

2.1引言

2.2遥操作系统体系结构

2.3 TUT-1移动机器人

2.3.1 AGV硬件结构

2.3.2AGV软件结构

2.3.3 AGV驱动系统

2.4智能代理服务器

2.5虚拟现实客户端

2.6本章小结

第三章基于MATLAB的移动机器人运动学和动力学建模及仿真系统的开发

3.1移动机器人动力学和运动学分析

3.2基于MATLAB/Simulink的系统仿真

3.2.1系统仿真技术概述

3.2.2系统仿真的基本步骤

3.2.3仿真软件的发展状况与应用

3.2.4基于MATLAB/Simulink的建模过程

3.3本章小结

第四章基于投射式虚拟现实技术的人机接口开发

4.1投射式虚拟现实综述

4.2 Petri网及其建模

4.2.1 Petri网的由来及发展历史

4.2.2 Petri网基本概念

4.2.3基于模糊Petri网的移动机器人多传感器信息融合建模

4.3基于投射式虚拟现实的体系结构

4.4本章小结

第五章虚拟跟踪器和虚拟现实场景开发

5.1方位跟踪技术

5.2运动物体三维位置坐标的测量原理

5.3虚拟跟踪器建模

5.4虚拟现实场景构建过程

5.4.1 3DS文件格式简介

5.4.2读取3DS模型文件

5.4.3目标三维实体的绘制

5.4.4相对运动的实现

5.5本章小结

第六章计算机仿真及遥操作实验

6.1仿真模型实验

6.1.1虚拟模型的运行模式和解释

6.1.2运行模型和改变参数及各种情况下模型的运行结果

6.2移动机器人遥操作实验

6.2.1虚拟跟踪器标定实验

6.2.2 TUT-1遥操作系统的运行实验

6.3本章小结

第七章结论及展望

参考文献

作者在攻读博士学位期间发表的论文

作者在攻读博士学位期间参加的科研工作

致谢