基于MBD的教育机器人运动仿真平台研究.pdf

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1、第31卷第10期计算机仿真2014年10月文章编号：1006—9348(2014)lO一0428一05基于MBD的教育机器人运动仿真亚厶卞口研究高海涛1，韩亚丽1，朱松青1，张磊2(1．南京工程学院机械学院，江苏南京211167；2．徐州工程学院江苏省大型工程装备检测与控制重点建设实验室，江苏徐州221018)摘要：针对目前教育机器人缺少仿真平台的问题，建立了一个基于多体系统动力学的教育机器人三维运动仿真平台。对教育机器人仿真平台所涉及的关键技术进行研究。根据教育机器人特点和运动仿真需求，提出教育机

2、器人动态仿真平台的框架结构。在给出教育机器人拼接件几何模型和物理属性统一表达方法的基础上，基于多刚体系统动力学理论，建立教育机器人离散动力学模型和碰撞接触响应模型，并提出了相应的仿真方法，模拟教育机器人的物理行为。对教育机器人控制器、传感器及执行器进行仿真，构建了教育机器人虚拟控制系统，实现虚拟教育机器人的控制。最后，实际应用表明，仿真平台能够较好地满足教育机器人运动仿真的需要。关键词：教育机器人；多体系统动力学；运动仿真；仿真平台中图分类号：TP391．9文献标识码：BAMotionSimulat

3、ionPlatformforEducationalRobotsBasedonMulti—BodyDynamicsGAOHai—ta01，HANYa—lil，ZHUSong—qin91，ZHANGLei2(1．CollegeofMechanicalEn舀neering，NanjingInstituteofTechnology，NanjingJiangsu211167，China；2．JiangsuKeyI曲omtoryofEquipmentDetectionandControl，xuzhouJiang

4、su2210l8，China)ABSTRACT：AmotionsimulationplaⅡb册foreducationalmbotsbasedonmulti—bodydynamicsisbuilt．Atfirst，fhmeworkofthesimulationplaⅡ．0珊isputforwardaccordingtochamcteristicofeducationalmbotsandrequirementofmotionsimulation．Secondly，ontllebasisofunifie

5、drepresentationf斫geometricmodelandphysicalattribute“edu-cationalrobotpans，discretedynamicequationandcollisionmodelarebuiltbasedonmulti—bodydynamics．Andthen，con．espondingnumericalsimulationmethodisputforwardtorealizemotionsimulation．Thirdlyvirtualcontro

6、lsystemforeducationalmbotsisrealizedbysimulatingcontmller，sensorandactuator．Finally，practicalapplicationshowsthatthisplaⅡ’ormcanweⅡmeettIlerequirementofmotionsimulation．Ⅺ王YWoRDS：Educationalrobot；Multi—bodydyn踟ics(MBD)；Motionsimulation；Simulationpladb邢1

7、引言教育机器人是一类结合机器人技术和教育学原理，采用积木式结构设计，以培养学生创新思维能力为主要目的的模块化可重构机器人。随着素质教育的推进和教育方式的转变，教育机器人作为一种新颖的教育工具受到越来越多的关基金项目：国家自然基金(51205182)；江苏省自然科学基金(Bl(2012474)；江苏省大型工程装备检测与控制重点建设实验室开放基金(JsKLEDc201304)；江苏省六大人才高峰重点项目(2012一zBZz—0491收稿日期：2014一05一07—428一注，许多研究机构和生产厂商也开发

8、了多种教育机器人产品，有代表性的如：乐高公司与麻省理工学院合作研究开发的乐高积木机器人，德国的慧鱼创意组合模型以及东南大学教育机器人¨1等。尽管目前教育机器人种类众多，然而由于它们主要还是生产厂家提供的机器人实体，这虽然能够提高学生的动手能力，但对培养学生更高层次的想象能力和创新能力尚存在一定的差距，因此，迫切地需要研究一种与教育机器人之相配套的运动仿真平台。尽管目前国内外也存在着多种机器人仿真平台，如日本AIsT、东京大学和MsTc联合开发的开放式仿真平台0penH