基于VRML的三自由度機(jī)器人替身模型及其應(yīng)用的研究.pdf

1、隨著替身理論的提出以及人體建模技術(shù)的發(fā)展，人類開始逐漸融入到虛擬的環(huán)境之中，利用其三維替身與虛擬環(huán)境進(jìn)行交互。 本文在研究H.anim替身模型標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，將替身概念擴(kuò)展至機(jī)器人研究領(lǐng)域。以三自由度柔性機(jī)器人為研究對(duì)象，利用VRML技術(shù)，在虛擬的環(huán)境中建立機(jī)器人替身模型，使其具有同人體替身模型同等的地位，代替真實(shí)的機(jī)器人成為虛擬環(huán)境中的主體。 通過對(duì)比人體模型與三自由度柔性機(jī)器人替身模型之間結(jié)構(gòu)上的相似之處，采用建立人體

2、替身模型常用的多關(guān)節(jié)體建模方式。同時(shí)利用VRML空間坐標(biāo)的變換層系來建立分層關(guān)節(jié)點(diǎn)嵌套的三自由度柔性機(jī)器人替身模型。 機(jī)器人替身概念的提出，使得虛擬仿真環(huán)境中的機(jī)器人替身模型從虛擬的環(huán)境中分出來，它不再只是虛擬環(huán)境的一個(gè)組成部分，而是獨(dú)立的存在主體。而其替身作為虛擬環(huán)境的主體，與處于虛擬環(huán)境之外的用戶的信息交流，則是通過用戶與機(jī)器人替身之間的交互實(shí)現(xiàn)的。但VRML本身的交互能力比較弱，本文在對(duì)基于VRML的交互技術(shù)進(jìn)行探討之后，

3、利用．Java編程語言擴(kuò)展VRML的交互能力以實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的交互形式。根據(jù)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)推導(dǎo)出其各個(gè)連桿之間的運(yùn)動(dòng)約束方程，并通過EAI實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)器人替身運(yùn)動(dòng)的控制。 將機(jī)器人替身運(yùn)用到基于Web的機(jī)器人遙操作系統(tǒng)中，是替身理論在機(jī)器人研究領(lǐng)域的一個(gè)具體的實(shí)例。一方面，將機(jī)器人替身運(yùn)用在遙操作的視覺反饋系統(tǒng)中，建立虛擬仿真環(huán)境中機(jī)器人的三維替身模型，使其能即時(shí)的反饋機(jī)器人的動(dòng)作位姿，并根據(jù)實(shí)際的遠(yuǎn)程機(jī)器人控制系統(tǒng)發(fā)出的信息實(shí)時(shí)

4、的驅(qū)動(dòng)虛擬場景內(nèi)機(jī)器人替身進(jìn)行連續(xù)的運(yùn)動(dòng)。由于用遠(yuǎn)端機(jī)器人運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的位姿信息代替了大量的圖像信息，而這種狀念信息容量極小，在傳輸過程中幾乎不可能產(chǎn)生延遲，從而保證了視覺反饋的實(shí)時(shí)性與顯示效果的連續(xù)流暢。 另一方面，利用虛擬的仿真環(huán)境以及機(jī)器人替身模型，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程實(shí)際機(jī)器人的控制。操作用戶在實(shí)際發(fā)送操作指令前可以通過控制虛擬環(huán)境中的機(jī)器人替身，預(yù)覽其運(yùn)動(dòng)效果，以便作出進(jìn)一步的判斷。通過對(duì)機(jī)器人替身的運(yùn)動(dòng)模擬實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程實(shí)際機(jī)器人