單足跳躍機器人三維仿真系統(tǒng)的設(shè)計與研究.pdf

1、近幾年隨著機器人技術(shù)的迅速發(fā)展，在機器人的算法研究和仿真應(yīng)用中三維仿真系統(tǒng)發(fā)揮著重要的作用。本文將袋鼠的機構(gòu)模型簡化為單足跳躍機器人，以該單足跳躍機器人作為研究對象和可視化模型，進行運動學的研究和三維仿真系統(tǒng)的設(shè)計。本文主要工作由以下四個部分組成。
　　1.針對袋鼠的機構(gòu)模型特點，將其簡化為單足跳躍機器人機構(gòu)模型進行研究分析。根據(jù)機器人著地相和騰空相兩個階段分別建立運動學數(shù)學模型，針對兩個階段的運動學正問題進行分析，利用D-H參數(shù)

2、的齊次變換矩陣法求解運動學正解，將真實運動數(shù)據(jù)代入正解公式，在MATLAB中進行線性化擬合并驗證仿真曲線。在位姿分析的基礎(chǔ)上，進行了機器人的微分運動和速度研究，求解其雅可比矩陣，針對騰空階段趾尖相對于軀干的速度進行了仿真曲線驗證。
　　2.實時碰撞檢測算法的優(yōu)化。本文在RECODE和RAPID算法基礎(chǔ)上進行優(yōu)化，提出一種適用于大規(guī)模復(fù)雜場景的基于圖像空間的碰撞檢測算法，利用 GPU加速技術(shù)來減輕 CPU負擔。根據(jù)場景及模型的復(fù)雜度

3、設(shè)置了兩個測試場景，與RECODE和RAPID算法進行時間效率對比實驗。
　　3.開發(fā)了機器人三維仿真平臺。首先利用3ds Max軟件對單足跳躍機器人進行了3D建模，使用開源庫Assimp完成3ds模型的加載。之后利用MFC類庫進行了用戶交互界面的開發(fā)，完成VC++與OpenGL的接口設(shè)計。三維仿真平臺進行了UDP通信接口設(shè)計，能夠與局域網(wǎng)中其他PC建立UDP通信連接，三維仿真平臺調(diào)用 MATLAB引擎進行數(shù)值計算及仿真曲線繪制等

4、，實現(xiàn)三維仿真平臺與MATLAB的聯(lián)合仿真。
　　4.三維仿真平臺的運動學仿真實驗。本文提出了一種基于關(guān)鍵幀和插值算法的運動學仿真動畫生成方法，用戶可以交互式地進行關(guān)鍵幀的設(shè)置，具有良好的示教演示功能，在仿真平臺上進行相應(yīng)的運動學仿真實驗。針對單足跳躍機器人騰空階段選擇合適的插值算法進行關(guān)節(jié)空間運動規(guī)劃，同時需要結(jié)合笛卡兒空間運動規(guī)劃。最后在三維仿真平臺上進行了碰撞檢測算法的仿真實驗，設(shè)計單足跳躍機器人在跳躍過程中與障礙物發(fā)生碰撞