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高压带电作业机器人运动学分析与仿真

赵玲亚  
【摘要】: 高压带电作业机器人是近期出现的一种新型特种作业机器人。由于工作环境恶劣,使得作业复杂,而机器人很难自主完成。虚拟现实技术在机器人领域的应用,使得复杂动作可以在虚拟仿真系统中重现,既可以检验机器人的结构设计是否合理,又可以训练操作人员。本文就是针对这一问题,设计和开发了高压带电机器人三维仿真系统,为设计研发人员提供了机器人机械手运动仿真的虚拟研究平台,也为机器人操作人员提供了一个虚拟培训平台。 本系统是以VC++6.0为软件开发环境,利用开放式图形库OpenGL搭建了虚拟环境仿真平台,完成了机器人机械臂的建模、碰撞检测、人机交互界面、模型渲染等程序模块的设计,实现了带电作业机器人模型在虚拟空间中的复杂运动的控制和动态仿真。 首先,利用VC++6.0和OpenGL搭建的平台构建了高压带电机器人三维仿真系统的基本框架,完成了人机交互界面、模型渲染等功能模块的开发。 然后,本文根据带电作业机器人双臂结构类型特点以及工作空间特点,通过进行几何分析确定了工作空间。根据带电作业机器人机械臂运动特点进行了运动学分析。从而为虚拟模型的物理建模和计算建模提供了基础。 本文利用3D建模软件Pro/E对机器人机械手进行了几何建模,并通过接口程序,在OpenGL环境下,基于模型的几何特征,采用三角形网络造型法构造带电作业机器人的“面模型”,进而实现机器人运动的动画仿真。 本文还对机器人双臂之间以及机械臂与被操作对象之间的碰撞检测问题进行了深入研究。分析了层次包围盒碰撞检测算法的实现流程和基本几何元素间的相交测试计算。本文基于AABB包围盒设计了一套碰撞检测法,从而实现了模型的碰撞检测和包围盒更新。 以本带电作业机器人仿真系统为基础,还可以实现了人工远程监测、控制以及与虚拟对象间的实时交互作用。本文的研究成果,对于深入研究多自由度串联机器人的动态仿真、碰撞检测研究以及进一步的开发研究具有重要的理论意义。


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