SmartPal機(jī)器人三維仿真與碰撞檢測(cè)研究.pdf

1、智能服務(wù)型機(jī)器人是在非結(jié)構(gòu)環(huán)境下為人類提供必要服務(wù)的多種高技術(shù)集成的智能化設(shè)備，在國家十一五計(jì)劃綱要中被列為重點(diǎn)前沿技術(shù)。隨著智能服務(wù)型機(jī)器人的不斷發(fā)展，其應(yīng)用界面的復(fù)雜專業(yè)、編程的煩冗不便、硬件開發(fā)測(cè)試中的成本高昂等因素已經(jīng)稱為阻礙服務(wù)型機(jī)器人走向家庭應(yīng)用的瓶頸。機(jī)器人圖形仿真軟件作為機(jī)器人設(shè)計(jì)、研究的可靠安全、靈活方便的工具，其主要目的是具有友好的人機(jī)界面和便捷的圖形編程功能，并可以對(duì)機(jī)器人的各種操作過程進(jìn)行圖形化的仿真，使用戶能夠

2、脫離復(fù)雜的傳統(tǒng)機(jī)器人編程方式，進(jìn)行便捷的開發(fā)和使用，從而廣泛地推動(dòng)了機(jī)器人的應(yīng)用。完善的仿真系統(tǒng)更可以對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)以及各種規(guī)劃和控制算法進(jìn)行研究，對(duì)機(jī)器人工作站的設(shè)計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中機(jī)器人的選型，離線編程和工作前的干涉檢測(cè)等都起到非常重要的作用。針對(duì)以上情況，本文面向日本安川株式會(huì)社的雙臂輪式移動(dòng)服務(wù)型機(jī)器人SmartPal，采用輕量化的建模方法建立了機(jī)器人的三維仿真模型，構(gòu)建了三維仿真環(huán)境，設(shè)計(jì)了機(jī)器人仿真運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)，引入了三維

3、虛擬場(chǎng)景下的動(dòng)態(tài)碰撞檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了SmartPal機(jī)器人三維仿真與碰撞檢測(cè)系統(tǒng)。本文主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行研究： 1. 本論文在研究了目前的機(jī)器人仿真技術(shù)基礎(chǔ)上，基于項(xiàng)目要求和SmartPal機(jī)器人的特點(diǎn)，對(duì)系統(tǒng)的總體框架和主要工作流程進(jìn)行了分析，并與系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)相結(jié)合，提出了一種雙臂移動(dòng)機(jī)器人三維仿真與碰撞檢測(cè)的方案，為整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。 2. 研究了雙臂移動(dòng)機(jī)器人三維仿真系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)。利用Java3D技術(shù)

4、建立三維仿真環(huán)境，搭建了虛擬場(chǎng)景、生成了仿真環(huán)境形體并實(shí)現(xiàn)了用戶與仿真環(huán)境間的沉浸式交互操作；利用UG三維建模軟件和VRML虛擬現(xiàn)實(shí)語言技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了SmartPal機(jī)器人的輕量化三維虛擬建模，并利用Java3D的加載器加載到仿真環(huán)境中；建立了機(jī)器人仿真運(yùn)動(dòng)模塊，實(shí)現(xiàn)了虛擬場(chǎng)景中的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)仿真。 3.為了保證仿真系統(tǒng)的可靠、順利工作，對(duì)三維仿真虛擬場(chǎng)景中的碰撞檢測(cè)進(jìn)行了研究，仔細(xì)分析了Java3D的碰撞檢測(cè)機(jī)制，并成功應(yīng)用

5、到系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了三維仿真環(huán)境下的動(dòng)態(tài)碰撞檢測(cè)。 本文提出的SmartPal機(jī)器人三維仿真和碰撞檢測(cè)方案，經(jīng)過在實(shí)際機(jī)器人上的反復(fù)測(cè)試，證實(shí)其人機(jī)界面親切易用、3D仿真效果擬實(shí)、仿真過程流暢、碰撞檢測(cè)結(jié)果正確，基本滿足設(shè)計(jì)要求。當(dāng)前能夠?qū)θ毡景泊姍C(jī)株式會(huì)社研制的雙臂移動(dòng)機(jī)器人SmartPal進(jìn)行機(jī)器人在線/離線仿真和過程模擬，并可以將程序加載到真實(shí)機(jī)器人中進(jìn)行控制，從而解決了SmartPal服務(wù)機(jī)器人的易用性瓶頸，對(duì)其市場(chǎng)推廣、