机器人建模与仿真系统研究与实现.pdf

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1、ADisertationSubmitedtoZhejiangUniversityfortheDegreeofUnlVerS1ty士OrtheUegreeO士MasterofEngineeringTITLE：ResearchandrealizationofRoboticsAuthor：，、3UDerVlS0r：Subject：gQ坐卫堕主皇!量Q￡主堡垒!皇垒旦鱼!h皇Q!YCollege：SubmittedDate：I工垒旦堕垒!Y墨：星Q!!浙江人学硕卜学位论文摘要机器人技术广泛应用于国防、工业等领域，是衡量制造业和高科技水平的战略

2、性标杆之一。然而实物机器人结构复杂、价格昂贵、实验损耗较大，限制了机器人技术的进步。机器人建模与仿真是克服这些困难的一个方向，获得广泛重视并发展迅速，但仍然存在操作过程繁复、建模周期长、仿真参数获取不易等难题。针对上述情况，本文研究机器人建模与仿真方法并实现系统，支持快速建立和校验机器人模型；支持机器人实时动力学仿真、参数反馈和图形显示；支持用户交互控制和驱动器调试等功能。本文主要研究工作及贡献有以下三点。1．研究并实现基于图形交互的快速机器人建模系统GRMS(Graphics-basedRoboticsModelingSystem)

3、。系统提出基于几何的连杆模型建模方法；提出基于运动学原理的连杆结构校验方法；提出碰撞检测模型建模方法以简化机器人外型；提出完整仿真建模方法以支持驱动器等扩展建模；支持与机器人仿真系统交互。2．研究并实现基于MSRS(MicrosoRRoboticsStudio)的交互式机器人仿真系统MRSS(MSRS-baSedIbboticsSimulationSystem)。系统针对MSRS中机器人建模需要复杂代码设计的问题，设计机器人模型文件解析器，可灵活导入连杆模型文件；针对MSRS难以获取物理参数的问题，通过物体状态获取动力学参数。3．研究

4、并实现基于物理引擎封装层的交互式机器人仿真系统PERSS(PhysicsEngine-basedRoboticsSimulationSystem)。系统支持导入完整仿真模型文件；设计物理引擎封装层，为采用多种物理引擎仿真比较打下基础；设计绘制引擎封装层；提出基于PID控制原理的关节驱动器仿真方法以支持电机选型。本文提出的建模与仿真方法设计灵活、建模快速准确、仿真实时性强，为机器人机械结构和驱动器选型提供可靠指导。本文研究可有效指导机器人开发，在机器人研究、设计、教学等方向有广阔应用前景。关键词：机器人，建模，仿真，MSRS，PhysX

5、浙江大学硕十学位论文AbstractRoboticsmodelinganddynamicssimulationisanactiveareaofroboticsresearch．HoweVeritstillhasmanyproblems，suchaspoorimeractionandsimulationparametersobtaining．ThisthesisfocusesontheaboVeproblems．OursystemsupponsinteractiVegraphicsinterfaces，roboticsmodelinga

6、ndVerifying．Italsosupponsreal-timedynamicssimulation，par锄etersfeedback，actuatorcalibrationandreal一timerendering．Thesystemscanguidetherobotsdesign，enhancerobotsdevelopmentandreducehardwarecost．Themaincontributionsofthisthesisincludet11reeaspects．1．ThethesispresentsaGraph

7、ics—basedRoboticsModelingSystemGR．MSwhichproVidesconVenient，rapid，reliableroboticsmodeling．Itproposesageomet巧．basedsegmem-jointmodelingmethod，al(inematics-basedsegment-jointVerifyingmethod，acollisionshapemodelingmethod．Thesemethodscansimpli矽therobotmodeling．Ilalsosuppor

8、tstheinteractionwithroboticssimulationsystems．2．ThethesisdescribesaMSRS-basedRoboticsSimulationSystemMRSS．Itta