基于虛擬現(xiàn)實的機器人編程系統(tǒng)研究.pdf

1、將虛擬現(xiàn)實技術應用于機器人領域是極具發(fā)展?jié)摿蛻们熬暗难芯糠较蛑?。雖然已有的機器人仿真和離線編程工具一定程度上滿足了機器人工作的需求，但是還存在著一些顯著的缺點。跟傳統(tǒng)的機器人仿真與離線編程系統(tǒng)相比較，計算機圖形接口和交互式的三維虛擬環(huán)境大大提高了離線編程的效率，從而虛擬現(xiàn)實可以為機器人仿真與離線編程提供更好的解決方案。將虛擬現(xiàn)實技術應用于機器人離線編程與仿真環(huán)境，不僅為機器人離線編程系統(tǒng)提供了友好的高級人機交互接口，更為工業(yè)機器人

2、的離線編程提供了一個直觀而高效的虛擬環(huán)境。 本文在國家“863計劃”基金支持下，對基于虛擬現(xiàn)實人機交互的機器人離線編程系統(tǒng)進行了研究。 真實感虛擬環(huán)境是進行基于虛擬現(xiàn)實的機器人離線編程與仿真的基礎，本文針對這一問題，研究了面向機器人工作單元的真實感虛擬環(huán)境生成的方法。首先，在自主開發(fā)的機器人幾何建模系統(tǒng)RGMS中構造機器人及其工作單元環(huán)境的3D幾何模型；然后以虛擬現(xiàn)實軟件WTK為核心建立虛擬仿真環(huán)境的場景圖并在其中進行渲

3、染；最后借助于立體顯示設備和頭部隨動系統(tǒng)生成了一個具有視覺臨場感的機器人工作單元虛擬仿真環(huán)境。 為了解決傳統(tǒng)機器人仿真與離線編程系統(tǒng)中，在操作者與仿真的機器人運動間沒有三維交互的問題，提高基于VR的機器人離線編程與仿真系統(tǒng)中人機交互的效率和自然性，本文研究了六自由度輸入設備在機器人運動路徑交互式生成中的應用。提出了將六自由度輸入設備FASTRAK跟蹤系統(tǒng)用于定位機器人TCP的原理和解決方案，推導了其求解過程，并討論了機器人運動路

4、徑交互式生成的方法。結果表明，用六自由度輸入設備代替鍵盤和鼠標用于機器人工具中心點的定位，交互過程直觀、自然、高效。 為了以數(shù)據(jù)手套代替鼠標作為交互輸入的設備，研究了基于數(shù)據(jù)手套的人機交互操作的實現(xiàn)。提出了一種場合相關的基于模板匹配的手勢識別算法。通過特征值提取、數(shù)據(jù)手套校準、計算校準后的輸出值、輸出值標準化等一系列過程得到當前手勢的二進制表示，根據(jù)定義的手勢集合，進行模板匹配實現(xiàn)手勢識別，識別出的手勢根據(jù)給定的(場合，手勢，動

5、作)對執(zhí)行相應的動作，實現(xiàn)與系統(tǒng)的交互操作。以數(shù)據(jù)手套代替鼠標作為交互輸入的設備，向虛擬環(huán)境發(fā)送交互命令來對虛擬機器人進行離線編程，交互過程直觀、自然，符合人在自然環(huán)境中的表達方式。 碰撞檢測是基于虛擬現(xiàn)實的機器人離線編程與仿真系統(tǒng)的關鍵技術，其效果的好壞直接影響整個應用的真實感和精確性，針對這一問題，研究了虛擬機器人工作單元環(huán)境中的碰撞檢測。提出一種基于場景圖數(shù)據(jù)結構的層次化逐步求精的碰撞檢測算法。通過分析機器人工作單元虛擬環(huán)