仿人机器人实时建模和仿真平台设计和开发

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1、摘要目前，机器人仿真平台作为机器人开发的重要环节之一，已经在机器人研究领域得到广泛应用。本文针对仿人机器人机械结构与运动方式的特殊性，对仿人机器人建模与仿真平台的设计与实现问题进行了研究，并完成了集建模与仿真功能于一体的、适用于仿人机器人的平台软件一一HUBOT的开发工作。本文的主要工作有：1．针对仿人机器人实体的特点，完成对HUBOT平台的目标、功能及界面设计，并利用OpenGL图形软件包，实现可视化、交互式的3D机器人效果展示。2．提出了一种基于外部几何模型文件的仿人机器入建模方法，通过交互式的界面设计，实现无编程的仿人机器人

2、建模系统。3．开发仿人机器人运动学引擎，实现仿人机器人的运动学仿真，在此基础上设计并实现了一种基于运动关键帧的运动规划方法，并对插值算法进行研究，提出了适用于实物电机的多项式插值与sin插值方法。4．利用PhysX物理引擎，实现仿人机器人的动力学仿真，提出了基于PhysX引擎的仿真电机与仿真传感器的实现方法。关键词：仿真，建模，PhysX，OpenGL，仿人机器入III浙江大学硕士学位论文AbstractNowadays，simulationplatformhasbeenwidelyusedintheroboticsresearc

3、h．Consideringtheparticularityofthemovementstyleandmechanicalconstructionofhumanoidrobots，thisthesishasmadeanintensivestudyofthesimulatorwhichspecializesinhumanoids．Anewmodelingandsimulationplatformhasbeendevelopedforhumanoidrobots．Themainworkofthisthesisincludes：1，Ane

4、wsystemhasbeendesignedforthehumanoidroboticssimulation．VisualizationissupportedbasedonOpenGLrenderingenvironmentinthesystem．2．Ageometry—basedmodelingmethodisproposed．Withthegraphicalinteractiveinterface，themodelingprocesscanbedonewithoutcodingwork．3．Thekinematicsengin

5、ehasbeendevelopedandakey-frame-basedmotionplanningmoduleisproposed．4．ThedynamicssimulationsystemwhichintegratesPhysXimplementsreal—timedynamicssimulationforhumanoidrobots，andthevirtualmotorsandvirtualsensorsarerealized．Keywords：modeling，simulation，humanoidrobot，PhysX，

6、OpenGLV致谢本文工作得到国家自然科学基销GrantsNo．61075078)、国家863计划(GrantNo．2008AA042602)的资助。在此表示感谢。值此论文完成之际，特别要感谢我的导师吴俊老师。在这两年半的学习生涯中，吴老师始终如一的给予我悉心的指导、鼓励和无私的关怀，老师渊博的专业知识、严谨的治学态度、精益求精的工作作风、诲人不倦的高尚师德、平易近人的人格魅力对我影响深远，从他那里我不仅掌握了基本的治学方法，还学到了许多待人接物与为人处世的道理，这都将使我终身受益。在此，谨向导师表示最崇高的敬意和衷心的感谢!感谢

7、机器人实验室的熊蓉老师，熊老师无私奉献的敬业精神、兢兢业业的工作态度和一丝不苟的工作作风更给我留下了深刻的印象，为我将来走上工作岗位树立了榜样。感谢实验室的所有兄弟姐妹，与他们的交流使我受益颇多，让我坚定了追求进步的勇气和信心。感谢孙逸超、刘南洋、陈嗥和杨璨，这两年半来大家相互鼓励、互相帮助、共同进步、分享快乐的日子仍然历历在目。最后，要特别感谢我的父母，是他们含辛茹苦的把我培养成人，是他们默默的关心、支持和理解，才让我顺利完成学业，祝愿他们永远健康快乐!宁晗亍二零一二年一月二十二日1绪论1．1研究背景及意义1．1．1什么是仿人机

8、器人随着人类社会的发展，“机器人(robot广这一词汇正越来越多得出现在的人们的日常生活中。1920年，捷克剧作家KarelCapek在他得((Ruossum’SUniversalRobots))中最早提出了“机器人”的概念【11，并被赋予“奴隶机