基于虚拟仿真的机器人专业综合设计实验方案探索

针对机器人技术发展快、专业知识综合性强、实验设备成本高等特点,提出机器人视觉引导控制虚拟仿真实验平台的设计方法和机器人专业综合设计实验方案,以此虚拟仿真实验平台为例,介绍基于科教融合的虚拟仿真实验平台设计、基于仿真平台的机器人综合设计实验课程建设、机器人综合设计实验教学,最后说明教学成效,以期对机器人工程专业的综合设计实验课程以及创新型新工科人才培养模式提供有价值的参考.     

虚拟机器人软件的应用

虚拟机器人软件是近年来开始出现的一种优秀的机器人教育平台。本文对虚拟机器人软件进行了阐述，介绍了几款目前较为流行的虚拟机器人软件，并对虚拟机器人软件对于开展机器人教育活动的意义及其优劣特性进行了分析。     

履带式机器人虚拟控制平台的研究与设计

针对目前多履带机器人运动规律的探索难以深入和运动效果的展示难以实现等问题,研究并设计了一种基于虚拟实现技术而建立的履带式机器人控制交互展示平台;结合该辅助平台的建立过程,探讨了履带式机器人的虚拟遥操作技术,以及其虚拟显示与实际控制的同步性问题,提出了履带式机器人构建接触模型的处理方法,给出了其虚拟端运动学仿真以及相关的数学模型,使得平台控制可以借助于虚拟的反馈为依据;所讨论的设计方法和技术途径可为构建和开发其他相似的仿真平台提供参考和借鉴。     

基于MBD的教育机器人运动仿真平台研究

针对目前教育机器人缺少仿真平台的问题,建立了一个基于多体系统动力学的教育机器人三维运动仿真平台.对教育机器人仿真平台所涉及的关键技术进行研究.根据教育机器人特点和运动仿真需求,提出教育机器人动态仿真平台的框架结构.在给出教育机器人拼接件几何模型和物理属性统一表达方法的基础上,基于多刚体系统动力学理论,建立教育机器人离散动力学模型和碰撞接触响应模型,并提出了相应的仿真方法,模拟教育机器人的物理行为.对教育机器人控制器、传感器及执行器进行仿真,构建了教育机器人虚拟控制系统,实现虚拟教育机器人的控制.最后,实际应用表明,仿真平台能够较好地满足教育机器人运动仿真的需要.     

基于Web与V-REP的机器人远程控制虚拟仿真平台

设计并开发了基于Web与V-REP的机器人远程控制虚拟仿真平台.该平台整体设计框架包括Web浏览器层(客户端)、服务器层、仿真环境层(机器人端)三个层次,采用JavaWeb和MVC设计模式开发Web应用,利用V-REP远程API和Python编程实现机器人控制服务器和图像服务器.操作者通过Web浏览器即可完成对V-REP中仿真机器人的控制,同时相应图像信息传输至Web浏览器,从而实现基于Web的机器人远程交互控制.该虚拟仿真平台对于机器人控制相关的实践教学有着重要意义.     

机器人虚拟仿真及远程控制系统的研究及实现

机器人虚拟仿真及其与远程控制相结合,表现出独特的优势,应用前景广阔。应用OpenGL和WinSock技术,设计并实现了机器人虚拟仿真及其远程控制系统。建立基于C#与OpenGL的虚拟仿真平台,实现了机器人虚拟现实的运动仿真;建立基于WinSock的远程控制系统,提出基于反射原理的解释器模式,实现了机器人远程面板或程序控制;提出基于速度向量场的改进无碰轨迹规划算法,有效对静态与动态障碍物安全避障。系统测试结果表明该机器人虚拟仿真及远程控制系统有较好的准确性和稳定性。     

足式机器人小腿减振控制研究

研究足式机器人行走过程的稳定性优化控制策略,设计一种基于机器人上身平台振动加速度为反馈的小腿减振控制系统。通过虚拟仿真分析软件——机械系统动力学自动分析构建足式机器人小腿虚拟样机,并导入到Matlab中进行主动减振的自抗扰控制算法设计,根据主动和被动减振分别抑制低频和高频振动。仿真结果表明,主被动联合减振大幅衰减了机器人上身平台的振动,弥补被动减振对低频振动无法抑制的情况,有效提高了机器人行走的稳定性。     

基于RoboDK的工业机器人虚实结合实验的开发与实践

《机器人控制》是人工智能相关专业的前沿学科课程.为提高学生工业机器人的实践能力,基于RoboDK虚拟仿真软件构建了工业机器人虚拟工作平台.通过工作站建模、仿真程序编程、生成离线程序后在Dobot机器人上运行验证.虚实结合的实践过程培养了学生在工业机器人工程领域的应用和创新能力.     

每人都有一个机器人——记上海赢思软件CEO袁辉

“我坚信,变形金刚会有的。”袁辉的事业就和机器人有关,只不过他做的机器人,不是变形金刚那样的实体机器人,而是在互联网上的虚拟机器人。“我们给自己的定位就是一个网络机器人平台提供商,我们要成为机器人的大脑。”     

一种面向任务的机器人运动控制辅助开发平台的设计与实现

本文以参加“亚太大学生机器人大赛”机器人系统调试与策略优化实现为目标,以Visual C＋＋为开发平台,通过RS232串口、nRF2401等通信接口,开发虚拟机器人路径规划和实时监测机器人状态的机器人运动控制辅助开发平台。该平台可以通过软件系统的底层通信模块加载驱动程序,辅助优化机器人各执行单元的控制算法,也可以通过机器人运动状态的虚、实切换,辅助开发机器人系统的组合策略。我校代表队两年来对该辅助开发平台的完善和使用效果,证明了本文内容的有效性。     

一类非完整移动机器人编队控制方法

针对大部分两轮非完整移动机器人轮轴中心与几何中心不重合的特点, 提出一种多机器人协调编队控制算法. 构造队形参数矩阵确定编队形状, 根据领航机器人和相关队形参数生成虚拟机器人, 把编队控制分解为跟随机器人对虚拟机器人的轨迹跟踪. 建立虚拟机器人与跟随机器人之间误差系统模型, 利用Lyapunov 理论设计相应控制器, 从而实现队形保持和变换. 应用microsoft robotics developer studio 4(MRDS4) 搭建3D 仿真平台, 设计3 组实验, 结果进一步验证了所提出方法的有效性.

     

虚拟仿真在机器人路径规划及跟踪上的应用

在机器人路径规划和跟踪的优化过程的研究中,路径规划、轨迹跟踪是移动机器人研究的重要内容.过去通常采用理想数学模型进行仿真,而机器人物理属性和路面模型等都不加以考虑,使得算法难以优化路径规划、跟踪的稳定性和精度.运用现代虚拟设计仿真技术,借助动力学软件RecurDyn建立移动机器人实体模型和路面模型,利用Matlab/Simulink设计控制器,构建一个虚拟仿真平台.通过推导,设计出输入输出反馈线性化的运动控制器,并在仿真平台上进行机器人路径规划和轨迹跟踪仿真,控制器效果得以优化验证.虚拟仿真不仅能缩短研发周期,降低研发成本,并为机器人研究设计提供有效依据.     

多机器人半实物仿真系统的研究与实现

利用仿真来研究、分析和检验多机器人性能及控制软件功能具有非常重要的意义.为了验证多机器人,利用OpenGL开展了多机器人半实物仿真系统的研究.系统既可以在虚拟环境中验证机器人的各种性能,又能实现虚拟节点与实体机器人之间的通讯和交互,使仿真平台更加接近实物验证平台.详细阐述了多机器人半实物仿真系统的硬件和软件体系结构,并对虚拟仿真中的三维空间坐标转换、避障和自组网路径选择算法等仿真设计进行研究并得到了实现.最后通过避碰仿真和路径优选仿真试验证明了所设计的多机器人半实物仿真系统对实际机器人群研制具有重要的参考价值.     

基于多机器人的运动控制平台在刚体对接系统中的应用

针对刚体对接系统,引入虚拟分段概念,分段位姿测量技术．在统一的世界坐标框架内,建立了平台的运动学模型,导出了多机器人的协调运动方案．该方案在基于多机器人的运动平台控制中具有广泛的适用性．     

机器人相机空间智能编程方法研究*

针对传统的示教编程方式存在操作复杂,效率低,危险性高等不足,严重限制了工业机器人的推广应用。基于自然的人机交互示教方式,提出了一种基于计算机视觉的相机空间工业机器人智能虚拟编程方法,本方法不需要实际操作示教盒和机器人本体,仅采用辅助示教工具在视觉相机空间示教就实现了工业机器人的虚拟编程。主要研究了实现该方案的关键技术即基于相机空间映射模型的视觉定位技术以及基于K-means聚类算法实现的相机空间映射关系自学习技术。最后,基于自主开发的机器人平台,开展基于相机空间的虚拟智能编程实验,验证了本文提出的相机空间工业机器人智能编程方法的可行性及正确性。     

基于Simulink/SimMechanics的三自由度并联机器人控制系统仿真

针对并联机器人控制系统比传统串联机器人更加复杂的问题,将虚拟仿真技术应用到并联机器人控制策略的研究上.以三自由度Delta并联机器人为例,为便捷高效实现其控制系统仿真,利用Simulink为仿真平台,结合SimMechanics Link接口软件,提出了三维Pro/E模型转换成SimMechanics模型的建模方法建立机械系统模型,并设计PID控制器模型进行仿真分析.结果表明,该方法为并联机器人控制策略的研究提供了高效的仿真平台,便于展开针对并联机器人特点的各种控制策略的研究.     

三维虚拟机器人运动仿真系统设计

通过对三维虚拟机器人运动仿真系统的发展进行介绍和分析, 描述了基于零件拼装的三维虚拟机器人运动仿真的有效方法。针对三维虚拟机器人零件结构特点和拼装功能, 对虚拟机器人零件的图形建模方法、虚拟机器人运动及传感器功能仿真进行了分析设计, 重点分析了运动仿真过程的设计方法。实验结果表明, 系统能够很好地遵循物理特性实现虚拟机器人的运动仿真, 且性能较优。     

多移动机器人路径规划仿真平台研究*

多机器人路径规划仿真平台(multi-robot path planning simulation platform)是通用的多机器人路径规划及协调与合作系统。该系统能将机器人状态数据及时地以二维图形方式显示,并且能模拟现实工作环境,监测机器人动作,检测机器人与环境物体间的碰撞,通过一系列仿真技术,使得原来必须用实际机器人作为对象的研究活动在一定程度上转移到计算机中虚拟进行。比较详细地描述了仿真平台系统的设计原理、模型结构和运行方式,并讨论了构成系统的关键技术特点。     

基于轨迹跟踪车式移动机器人编队控制

针对车式移动机器人的运动学模型特点, 提出一种基于轨迹跟踪多机器人编队控制方法. 首先利用编队结构参数确定队形, 根据编队轨迹和相关参数生成虚拟机器人, 把编队控制转化为跟随机器人对虚拟机器人的轨迹跟踪; 然后运用反步法构造车式移动机器人轨迹跟踪系统的Lyapunov 函数, 通过使该函数负定, 得到跟随机器人的轨迹跟踪控制器; 最后在Microsoft robotics developer studio 4 (MRDS4) 中搭建3D 仿真平台, 设计了3 组实验, 所得结果表明了所提出方法的有效性.     

煤矿掘进机器人虚拟仿真与远程控制系统

针对现有掘进机视频监控和遥测遥控等监控方式存在图像不清晰、无法真实反映掘进机位姿和工况状态等问题,提出了一种煤矿掘进机器人虚拟仿真与远程控制系统,介绍了系统方案设计,对掘进机器人改进设计、虚拟仿真远程监控平台、掘进机器人控制模型等关键技术进行了研究。该系统利用虚拟现实技术有机整合井下操作人员、掘进机器人和井下环境信息,以掘进机器人自动掘进和远程人工干预为目的,实现了掘进过程的运动控制和巷道成型掘进控制功能。实验结果验证了该系统的有效性和良好的控制性能。