基于Vega Prime的电力线巡检机器人飞行仿真系统研究

论文摘要

本文研究开发了一个电力线巡检机器人飞行仿真系统,动态再现电力线巡检飞行机器人（Flying Robot for Overhead Power line Inspection,简称FROPI）飞行运动全过程,为进一步研究FROPI提供直观的实验根据。本文使用三维建模工具创建了逼真、可流畅浏览的飞行场景模型,在Visual Studio.NET 2003平台下编写C++程序,以Vega Prime2.0视景驱动工具,实现了对FROPI视角的控制、FROPI与三维场景中模型的碰撞检测和响应等。本文主要工作有：（1）使用Creator和其他的三维建模工具创建了具有真实感的飞行环境模型,并运用LOD （Level of Detail）、模型实例化等技术提高OpenFlight模型数据库的遍历速度,以得到流畅的浏览体验。（2）采用实验数据实时地驱动虚拟场景中FROPI模型,使用Vega Prime的交互函数完成了FROPI飞行的视景仿真,达到了较好的仿真效果,有一定的真实感。（3）设计了一个网络通讯接口,用于FROPI路径规划用机和三维视景仿真用机之间的数据传输；利用MFC实现了仿真系统界面,增强了仿真系统的人机交互能力和程序的可读性。本文在局域网内的一台计算机上利用MATLAB的强大数学运算能力,得到FROPI路径规划的结果,通过网络接口把数据发送给局域网内的另外一台视景仿真计算机,利用Vega Prime强大的视景仿真能力,实时地渲染飞行机器人在三维虚拟环境中执行巡检任务的过程。这样就使得FROPI的路径规划研究和航迹三维显示工作分离开来,研究人员可以把精力放在研究FROPI路径规划的问题上,而不必花费大量的时间去实现FROPI的航迹显示。通过该系统研究人员只需在实验机上编写控制算法程序,就能在视景仿真机上直观的观察规划效果,从而判定算法的有效性,可大大提高FROPI研究的效率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 课题的研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 课题的研究目的和意义
• 1.4 系统开发工具
• 1.4.1 MultiGen Creator建模工具
• 1.4.2 Vega Prime视景仿真工具
• 1.5 本文的研究内容及组织结构
• 1.5.1 本文的研究内容
• 1.5.2 本文的组织结构
• 第2章 FROPI飞行仿真系统总体设计
• 2.1 仿真系统设计目标
• 2.2 Vega Prime平台下开发过程
• 2.3 仿真系统的设计方案
• 2.3.1 UI界面模块设计
• 2.3.2 数据接口模块设计
• 2.3.3 模型构造模块设计
• 2.3.4 飞行仿真场景模块设计
• 2.4 系统多线程设计
• 2.5 小结
• 第3章 三维视景仿真建模
• 3.1 OpenFlight数据库格式
• 3.2 基本实体模型建立
• 3.2.1 FROPI模型
• 3.2.2 电力塔及热气球模型
• 3.3 建模过程中的主要技术应用
• 3.3.1 LOD技术应用
• 3.3.2 场景调度管理技术应用
• 3.3.3 实例化和外部引用技术应用
• 3.3.4 纹理映射技术应用
• 3.3.5 包围盒技术应用
• 3.3.6 模型简化技术应用
• 3.4 FROPI飞行环境地形生成
• 3.4.1 FROPI飞行环境层次结构
• 3.4.2 地形建模技术路线与流程
• 3.4.3 基于Creator的场景建模过程
• 3.4.4 三维飞行环境的生成
• 3.5 小结
• 第4章 FROPI飞行仿真的实现
• 4.1 Vega Prime的可选模块
• 4.2 Vega Prime的应用程序结构
• 4.3 系统初始化配置
• 4.4 三维视景实现
• 4.4.1 FROPI模型飞行驱动
• 4.4.2 窗口与多通道设置
• 4.4.3 视点设置
• 4.4.4 系统路径导航
• 4.4.5 碰撞检测
• 4.4.6 特殊效果实现
• 4.5 Vega Prime和MFC结合研究
• 4.5.1 MFC下的Vega Prime程序
• 4.5.2 系统界面设计
• 4.6 系统仿真实例验证
• 4.6.1 系统准备
• 4.6.2 系统验证
• 4.7 小结
• 第5章 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢