机器人建模与仿真系统探讨与实现

机器人技术广泛应用于国防、产业等领域,是衡量制造业和高科技水平的战略性标杆之一。然而实物机器人结构复杂、昂贵、实验损耗较大,限制了机器人技术的进步。机器人建模与仿真是克服这些困难的一个方向,获得广泛重视并发展迅速,但仍然存在操纵过程繁复、建模周期长、仿真参数获取不易等困难。针对上述情况,本文研究机器人建模与仿真方法并实现系统,支持快速建立和校验机器人模型；支持机器人实时动力学仿真、参数反馈和图形显示；支持用户交互控制和驱动器调试等功能。本文主要研究工作及贡献有以下三点。1.研究并实现基于图形交互的快速机器人建模系统GRMS(Graphics-basedRoboticsModelingSystem)。系统提出基于几何的连杆模型建模方法；提出基于运动学原理的连杆结构校验方法；提出碰撞检测模型建模方法以简化机器人外型；提出完整仿真建模方法以支持驱动器等扩展建模；支持与机器人仿真系统交互。2.研究并实现基于MSRS(MicrosoftRoboticsStudio)的交互式机器人仿真系统MRSS(MSRS-basedRoboticsSimulationSystem)。系统针对MSRS中机器人建模需要复杂代码设计的问题,设计机器人模型文件解析器,可灵活导入连杆模型文件；针对MSRS难以获取物理参数的问题,通过物体状态获取动力学参数。3.研究并实现基于物理引擎封装层的交互式机器人仿真系统PERSS(PhysicsEngine-basedRoboticsSimulationSystem)。系统支持导入完整仿真模型文件；设计物理引擎封装层,为采用多种物理引擎仿真比较打下基础；设计绘制引擎封装层；提出基于PID控制原理的关节驱动器仿真方法以支持电机选型。本文提出的建模与仿真方法设计灵活、建模快速正确、仿真实时性强,为机器人机械结构和驱动器选型提供可靠指导。本文研究可有效指导机器人开发,在机器人研究、设计、教学等方向有广阔应用远景|教学论文范文|。【关键词】：机器人建模仿真MSRSphysX
【论文提纲】：摘要4-5Abstract5-8图目录8-9第1章绪论9-151.1引言9-101.2机器人学101.3机器人建模与仿真10-121.4问题的提出12-131.5本文工作和论文结构13-15第2章研究背景15-222.1机器人建模与仿真方法分类152.2机器人建模与仿真研究现状15-212.2.1USARSim16-172.2.2OpenHRP17-182.2.3OpenRE18-192.2.4MicrosoftRoboticsStudio19-202.2.5机器人建模与仿真国内研究现状20-212.3本章小结21-22第3章基于图形交互的快速机器人建模系统22-333.1机器人建模系统总体结构22-233.2机器人完整仿真建模23-293.2.1机器人连杆结构建模23-253.2.2机器人连杆模型校验25-273.2.3机器人物理建模27-283.2.4机器人扩展建模28-293.3机器人建模系统实验和结果分析29-323.4本章小结32-33第4章基于MSRS的机器人仿真系统33-424.1MSRS系统概述33-344.2基于MSRS的机器人仿真系统34-394.2.1系统仿真流程34-354.2.2仿真数据结构35-364.2.3仿真系统服务36-374.2.4仿真系统服务交互37-394.2.5仿真过程交互控制394.3基于MSRS的机器人仿真系统实验和结果分析39-414.4本章小结41-42第5章基于物理引擎的机器人仿真系统42-585.1物理引擎概述42-445.1.1物理引擎研究现状42-435.1.2PhysX物理引擎简介43-445.2基于PhysX物理引擎的仿真系统44-525.2.1系统结构44-455.2.2系统仿真流程45-465.2.3系统仿真实现46-495.2.4机器人关节驱动器调试49-525.2.5物理引擎封装层525.3基于物理引擎的机器人仿真系统实验和结果分析52-575.3.1动力学仿真实验53-545.3.2驱动器调试实验54-575.4本章小结57-58第6章总结与展望58-616.1本文研究工作总结58-596.2未来研究工作展望59-61参考文献61-64攻读硕士学位期间主要的研究成果64-65致谢65-66