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基于MSRS的6自由度串联机器人仿真研究

作　者: 何东
导　师: 李东升
学　校: 东北大学
专　业: 机械电子工程
关键词: MSRS 仿真机器人技术运动学轨迹规划仿真引擎服务
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

机器人仿真技术是上个世纪80年代发展起来的一门新兴学科,是计算机、机器人学和计算机图形学相结合的产物。借助于机器人的实体模型对机器人进行运动仿真,可以形象的反映机器人工作的全过程,可以实现机器人机构和控制器的优化设计,规划出最优的运动轨迹。本文论述了基于Microsoft Robotics Studio (MSRS)的机器人开发系统,对AS-MRobot串联机器人进行运动控制和仿真研究。首先,采用Solidworks对要仿真的机器人进行实体建模,并转换为MSRS所接受的格式。利用MSRS的仿真引擎服务模块中的实体建模服务,建立相应的仿真环境并且在仿真环境中添加机器人实体模型。其次是机器人仿真运行时模块的开发,根据机器人的几何结构进行运动学分析和轨迹规划研究,利用运动学服务模块设计AS-MRobot串联机器人的运动学算法,求解出该机器人的运动学正解和逆解。模块的轨迹规划服务是设定机器人的轨迹规划算法,这一部分是机器人仿真系统的关键所在。最后是人机交互服务的设计,通过协调器订阅人机交互服务的输入参数,通过协调器调用仿真引擎服务,驱动机器人模型运动,完成仿真机器人的运动控制,检验了整个系统设计的合理性。整个系统的算法可以在机器人硬件搭配好后完全移植进去,充分显示出机器人仿真的实用性。本文在阅读过机器人技术和仿真技术的基础下,利用MSRS开发系统基本实现了对AS-MRobot机器人的仿真系统的开发,实现了对机器人的仿真控制。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-10
第1章绪论  10-15
  1.1 机器人仿真的背景、目的及意义  10-11
    1.1.1 机器人仿真的背景、目的  10
    1.1.2 机器人仿真的意义  10-11
  1.2 主要研究技术的国内外发展现状与趋势  11-13
    1.2.1 机器人的三维运动仿真系统现状  11-12
    1.2.2 机器人的三维运动仿真技术  12-13
  1.3 本文主要研究的目标及内容  13-14
  1.4 小结  14-15
第2章 MSRS平台的核心技术研究  15-25
  2.1 MSRS的特点  15-17
    2.1.1 跨越多种不同的硬件平台  15-16
    2.1.2 广泛的面向大众用户、多语言开发  16-17
  2.2 基于.NET的服务运行时  17-22
    2.2.1 REST应用模型  18-19
      2.2.1.1 REST与HTTP  18-19
      2.2.1.2 REST与URI  19
      2.2.1.3 REST与CRUD原则  19
    2.2.2 CCR并发协调运行时  19-21
    2.2.3 DSS分布式软件服务  21-22
  2.3 仿真环境(Visual Simulation Environment)  22-24
    2.3.1 仿真环境概述  22-23
    2.3.2 仿真引擎服务  23-24
  2.4 小结  24-25
第3章机器人运动学分析和轨迹规划  25-38
  3.1 AS-MRobot机器人简介及其建模  25-26
  3.2 AS-MRobot机器人运动学分析  26-31
    3.2.1 AS-MRobot机器人运动学正问题  27-29
    3.2.2 AS-MRobot机器人运动学逆问题  29-31
  3.3 AS-MRobot机器人的轨迹规划  31-36
    3.3.1 PTP运动速度、加速度、位移和时间的关系  32-33
    3.3.2 两点式PTP轨迹规划  33-34
    3.3.3 带中间点的PTP轨迹规划  34-36
  3.4 机器人作业轨迹路径的提取  36-37
  3.5 小结  37-38
第4章机器人仿真系统设计  38-49
  4.1 仿真引擎服务  38-44
    4.1.1 物理引擎  38-39
    4.1.2 渲染引擎  39-40
      4.1.2.1 XNA Framework的结构组成  39-40
      4.1.2.2 XNA Framework的特点  40
    4.1.3 机器人3D仿真环境  40-42
    4.1.4 基于MSRS的机器人实体建模  42-44
      4.1.4.1 基于SolidWorks的实体建模  42-43
      4.1.4.2 VRML文件的转换  43
      4.1.4.3 OBJ文件的转换  43-44
  4.2 人机交互服务  44-46
    4.2.1 3D全景视图服务模块  45
    4.2.2 机器人控制界面模块  45-46
  4.3 仿真运行时服务  46-48
    4.3.1 仿真运行时服务组成  46-47
    4.3.2 仿真运行时服务和其他服务的关系  47-48
  4.4 小结  48-49
第5章机器人仿真系统详细设计及实现  49-66
  5.1 仿真系统目标的确定  49-50
  5.2 仿真系统总体构成  50-51
  5.3 仿真系统程序详细设计  51-64
    5.3.1 相关引用的添加  51-52
    5.3.2 仿真引擎服务的启动  52-53
    5.3.3 创建仿真环境服务  53-54
    5.3.4 仿真机器人控制服务的配置  54-56
    5.3.5 创建仿真机器人实体服务  56-57
    5.3.6 仿真机器人运动规划服务的设计  57-62
    5.3.7 仿真机器人运动学服务的设计  62-63
    5.3.8 仿真系统人机交换界面服务的设计  63-64
  5.4 仿真系统的实现  64-65
  5.5 小结  65-66
第6章结论  66-67
参考文献  67-70
致谢  70

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