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基于虚拟现实的冗余度机器人运动规划及仿真研究

李刚俊

  虚拟现实技术作为一门新兴的技术,目前在许多领域都开展了对虚拟现实技术的应用研究。而基于虚拟技术的远程操作及仿真是虚拟现实技术在机器人研究和应用中的主要方向。由于现代机器人工作任务变得日益复杂,要求机器人具有更多的自由度,于是冗余度机器人的应用越来越广泛。利用冗余度机器人关节的自运动,可以获得最优关节位形,改善机器人的运动学和动力学性能,完成诸如克服奇异性,避免关节转角极限,避免与障碍物的碰撞等复杂的操作任务。因此,关于冗余度机器人的研究引起了广大学者的极大兴趣,运动规划作为冗余度机器人研究的重要课题之一,不断探索和开发新的运动规划算法,研究和实现运动规划过程的可视化具有十分重要的现实意义。本学位论文系统地研究了一种新的运动规划算法,并实现了运动规划的虚拟仿真。概括起来,本学位论文的主要工作如下:首先在分析和研究可视化技术发展和应用的基础上,讨论了虚拟对象的建模方法,虚拟现实系统的结构和设计方法,并结合虚拟现实技术的发展,提出了面向机器人的虚拟现实系统模型,探讨了它的集成环境,从而提高了机器人研究中人机结合的智能机制。其次在分析和讨论近来机器人运动规划研究的基础上,提出了一种新的基于全局的求解冗余度机器人操作机点到点逆运动学问题的方法,提出了操作机运动路径图的概念,在存在关节限制、自碰撞和静止障碍物的情况下,可以实现操作机的初始位形空间到目标位形空间的自由位形空间的连接,对于给定的操作机,运动路径图一旦被建立,它作为一种普通而实用的数据结构,就能用于迅速地发现逆运动学问题的解集,因而具有很大的实用价值。西南交通大学搏士研究生学位论文第*页文章接着分析和讨论了完整性的不同形式和概念,从数学的角度论证了路径图算法具有解的完整性,从而完善了算法的理论基础。文章最后讨论和研究了一种新的基于虚拟现实的机器人仿真系统,重点研究了基于OpenGL的冗余度机器人机械臂仿真环境建模,开发了一种基于虚拟模型的用于跟踪作业的运动规划算法,实现了冗余度机器人运动规划过程的可视化。……   
[关键词]:运动规划;运动路径图;冗余度机器人;完整性;虚拟现实;计算机仿真;三维建模
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:西南交通大学2001年