基于MSRS的6自由度串联机器人仿真研究

论文摘要

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。

论文目录

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