类人机器人的仿真技术研究及其在比赛动作设计中的应用

论文摘要

类人机器人是现代智能机器人基础理论发展和应用技术进步的集中体现,以此为中心迅速拓展的技术研究明显地带动了许多相关学科领域。作为机器人研究与设计的一种方便、安全、形象、商观的研究手段,仿真机器人系统发挥着越来越明显的关键作用。在综合分析类人机器人及其仿真技术发展的基础上,针对当前机器人足球仿真平台改进的客观需要,以类人机器人技术为理论依据,以现代仿真技术为基本工具,以典型单个类人机器人的仿真平台以及机器人足球仿真比赛平台为主干,而向多种类人机器人的比赛动作的设计,开展了以下技术研究与系统开发工作。首先,对类人机器人进行建模与仿真。采用先进的物理引擎,分别对类人机器人的结构、驱动器以及传感器进行了仿真的方法研究与技术实现。然后,开发单个类人机器人仿真平台。包括在线调试程序,用来实时完成对类人机器人的姿态调整以及姿态数据的读取、保存;机器人运动控制系统接口,从技术上保证了可以通过编写关节驱动程序实现类人机器人的动作规划与设计;机器人的三维仿真效果的实时显示系统。再者,设计类人机器人仿真比赛平台。开发界面友好的仿真服务器、裁判控制/实时播放器,实现客户端与比赛策略相互独立的比赛架构。最后,针对目前国际比赛中跑步、点球、舞蹈三种流行的比赛项目,分别给出适合类人机器人动态步行的控制方法、提出基于模糊控制的机器人射门动作的设计方法、综合舞蹈动作设计的直观估测法、动作示教法以及虚拟仿真法。所开发的具体系统,在实际的比赛中取得了优异的成绩。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 类人机器人概述
• 1.1.1 机器人的发展
• 1.1.2 类人机器人的国内外发展现状
• 1.2 机器人的仿真技术
• 1.2.1 机器人仿真技术
• 1.2.2 机器人足球比赛的仿真平台
• 1.3 课题的研究目的、意义及内容
• 1.3.1 目的与意义
• 1.3.2 本文的主要工作
• 第2章 类人机器人仿真技术研究
• 2.1 仿真技术研究工具
• 2.1.1 物理引擎
• 2.1.2 图形显示
• 2.1.3 开发工具
• 2.2 类人机器人的构成及其机构仿真
• 2.2.1 典型类人机器人的结构及其简化
• 2.2.2 类人机器人机构仿真
• 2.3 类人机器人驱动器及其仿真
• 2.3.1 机器人的驱动器
• 2.3.2 机器人驱动器的仿真
• 2.4 类人机器人传感器及其仿真
• 2.4.1 视觉传感器
• 2.4.2 红外线测距传感器
• 2.4.3 其他传感器
• 第3章 类人机器人足球比赛的仿真平台研制
• 3.1 单独类人机器人的仿真平台
• 3.2 类人机器人足球比赛的仿真平台设计
• 3.2.1 典型的仿真比赛平台
• 3.2.2 仿真比赛平台的结构
• 3.2.3 比赛平台的功能设计
• 3.3 类人机器人足球比赛的仿真平台的开发
• 3.3.1 服务器功能实现
• 3.3.2 客户端功能实现
• 第4章 面向类人机器人跑步比赛的动态步行动作设计
• 4.1 类人机器人跑步比赛介绍
• 4.2 类人机器人动态步行控制
• 4.2.1 步行的基本概念
• 4.2.2 步态控制方法
• 4.2.3 姿态控制方法
• 4.3 类人机器人行走稳定性分析
• 4.3.1 基于机器人运动的ZMP计算
• 4.3.2 稳定控制方法
• 第5章 面向类人机器人点球比赛的守门与射门动作设计
• 5.1 类人机器人点球比赛介绍
• 5.2 类人机器人守门动作设计
• 5.2.1 测距方法
• 5.2.2 守门策略
• 5.3 类人机器人射门动作设计
• 5.3.1 射门动作流程
• 5.3.2 机器人坐标转换
• 5.3.3 射门动作的模糊控制
• 5.3.4 试验与比赛结果及分析
• 第6章 面向类人机器人舞蹈比赛的组合动作设计
• 6.1 机器人舞蹈比赛介绍
• 6.2 舞蹈动作设计的基本思路
• 6.3 舞蹈动作设计与实现
• 6.3.1 直观估测法
• 6.3.2 动作示教法
• 6.3.3 虚拟仿真法
• 6.4 试验与比赛的效果
• 结论
• 参考文献
• 硕士研究生期间发表论文及参与项目
• 硕士研究生期间获奖情况
• 致谢