论文部分内容阅读
基于虚拟现实技术的机器人运动控制仿真研究是目前机器人学研究中的一个热点。通过引入虚拟现实技术,可以构建更加直观高效逼真的仿真环境,进行更加有效的人机交互式操作。而机器人的轨迹规划问题则是机器人研究领域中一个长期存在的传统问题。目前,已经有比较多的最优规划算法,这些算法各具特色,在某些特定场合中发挥了一定的功效。不过,这些算法也存在着一些缺陷,因此,研究以克服这些不足并且突出算法的实际工业应用为目的的改进算法是有重要现实意义的。 本学位论文针对虚拟现实技术和机器人轨迹规划这两大领域丌展了一些交叉研究,将虚拟现实技术这一新颖的技术应用于轨迹规划这一传统的机器人研究领域中,在两者之间建立起了有效的连接。论文工作以对面向机器人控制的新颖的投射式虚拟现实(Projective Virtual Reality, PVR)技术理论的改进和扩展为研究主线,着重在基于改进的PVR技术的机器人虚拟仿真平台的研制和系统扩展接口的设计,以及对应的投射式虚拟环境下机器人轨迹规划算法的研究和实现等方面作了一些有益的探索和尝试。学位论文的主要工作和成果可以概括为以下五个方面: 1.在全面地介绍了相关领域的国内外研究现状的基础上,重点对PVR技术这一虚拟现实技术和机器人控制相结合的前沿应用领域进行了分析研究,提出了该技术的进一步研究方向。同时,在此基础上,提出并具体设计了一个新颖的基于PVR技术的机器人虚拟仿真控制平台,该平台克服了以往PVR应用过程中的一些不足。具体地,在避碰检测和人机交互式操作等方面进行了讨论。与现有同类仿真平台相比,这里提出的虚拟仿真平台进一步地改进了PVR技术,具有结构简单、适用面广等特点。它既可作为虚拟仿真训练平台,进行逼真的临场感操作训练;又可作为多功能机器人操作仿真试验平台,进行机器人操作仿真试验。 2.为了使上述设计的仿真平台具有良好的适应性和扩展性,针对PVR技术中任务演绎和动作规划这两大关键部件一般很难在非结构化和未知的环境中被有效构造的不足,将主动数据库中的ECA规则机制引入到仿真系统中,提出了一个新的软件框架TD&AP_ECA。该框架不仅具有良好的柔韧性(它能根据操作者的需求来方便地重新部分参数化仿真系统),而且为PVR技术的协作式和分布式应用提供了一个良好的扩展接口。初步的仿真实验验征了提出方法的可行性和有效性。