SmartPal機器人三維仿真與碰撞檢測研究.pdf

1、智能服務型機器人是在非結構環(huán)境下為人類提供必要服務的多種高技術集成的智能化設備，在國家十一五計劃綱要中被列為重點前沿技術。隨著智能服務型機器人的不斷發(fā)展，其應用界面的復雜專業(yè)、編程的煩冗不便、硬件開發(fā)測試中的成本高昂等因素已經(jīng)稱為阻礙服務型機器人走向家庭應用的瓶頸。機器人圖形仿真軟件作為機器人設計、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界面和便捷的圖形編程功能，并可以對機器人的各種操作過程進行圖形化的仿真，使用戶能夠

2、脫離復雜的傳統(tǒng)機器人編程方式，進行便捷的開發(fā)和使用，從而廣泛地推動了機器人的應用。完善的仿真系統(tǒng)更可以對機器人的運動學、動力學以及各種規(guī)劃和控制算法進行研究，對機器人工作站的設計，現(xiàn)場應用中機器人的選型，離線編程和工作前的干涉檢測等都起到非常重要的作用。針對以上情況，本文面向日本安川株式會社的雙臂輪式移動服務型機器人SmartPal，采用輕量化的建模方法建立了機器人的三維仿真模型，構建了三維仿真環(huán)境，設計了機器人仿真運動驅動，引入了三維

3、虛擬場景下的動態(tài)碰撞檢測，實現(xiàn)了SmartPal機器人三維仿真與碰撞檢測系統(tǒng)。本文主要從以下幾個方面進行研究： 1. 本論文在研究了目前的機器人仿真技術基礎上，基于項目要求和SmartPal機器人的特點，對系統(tǒng)的總體框架和主要工作流程進行了分析，并與系統(tǒng)中的關鍵技術相結合，提出了一種雙臂移動機器人三維仿真與碰撞檢測的方案，為整個系統(tǒng)的實現(xiàn)奠定了基礎。 2. 研究了雙臂移動機器人三維仿真系統(tǒng)的具體實現(xiàn)。利用Java3D技術

4、建立三維仿真環(huán)境，搭建了虛擬場景、生成了仿真環(huán)境形體并實現(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)實語言技術相結合，實現(xiàn)了SmartPal機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；建立了機器人仿真運動模塊，實現(xiàn)了虛擬場景中的機器人運動仿真。 3.為了保證仿真系統(tǒng)的可靠、順利工作，對三維仿真虛擬場景中的碰撞檢測進行了研究，仔細分析了Java3D的碰撞檢測機制，并成功應用

5、到系統(tǒng)中，實現(xiàn)了三維仿真環(huán)境下的動態(tài)碰撞檢測。 本文提出的SmartPal機器人三維仿真和碰撞檢測方案，經(jīng)過在實際機器人上的反復測試，證實其人機界面親切易用、3D仿真效果擬實、仿真過程流暢、碰撞檢測結果正確，基本滿足設計要求。當前能夠對日本安川電機株式會社研制的雙臂移動機器人SmartPal進行機器人在線/離線仿真和過程模擬，并可以將程序加載到真實機器人中進行控制，從而解決了SmartPal服務機器人的易用性瓶頸，對其市場推廣、