基于虛擬現(xiàn)實(shí)的機(jī)器人編程系統(tǒng)研究.pdf

1、將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于機(jī)器人領(lǐng)域是極具發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景的研究方向之一。雖然已有的機(jī)器人仿真和離線編程工具一定程度上滿足了機(jī)器人工作的需求，但是還存在著一些顯著的缺點(diǎn)。跟傳統(tǒng)的機(jī)器人仿真與離線編程系統(tǒng)相比較，計(jì)算機(jī)圖形接口和交互式的三維虛擬環(huán)境大大提高了離線編程的效率，從而虛擬現(xiàn)實(shí)可以為機(jī)器人仿真與離線編程提供更好的解決方案。將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于機(jī)器人離線編程與仿真環(huán)境，不僅為機(jī)器人離線編程系統(tǒng)提供了友好的高級人機(jī)交互接口，更為工業(yè)機(jī)器人

2、的離線編程提供了一個直觀而高效的虛擬環(huán)境。 本文在國家“863計(jì)劃”基金支持下，對基于虛擬現(xiàn)實(shí)人機(jī)交互的機(jī)器人離線編程系統(tǒng)進(jìn)行了研究。 真實(shí)感虛擬環(huán)境是進(jìn)行基于虛擬現(xiàn)實(shí)的機(jī)器人離線編程與仿真的基礎(chǔ)，本文針對這一問題，研究了面向機(jī)器人工作單元的真實(shí)感虛擬環(huán)境生成的方法。首先，在自主開發(fā)的機(jī)器人幾何建模系統(tǒng)RGMS中構(gòu)造機(jī)器人及其工作單元環(huán)境的3D幾何模型；然后以虛擬現(xiàn)實(shí)軟件WTK為核心建立虛擬仿真環(huán)境的場景圖并在其中進(jìn)行渲

3、染；最后借助于立體顯示設(shè)備和頭部隨動系統(tǒng)生成了一個具有視覺臨場感的機(jī)器人工作單元虛擬仿真環(huán)境。 為了解決傳統(tǒng)機(jī)器人仿真與離線編程系統(tǒng)中，在操作者與仿真的機(jī)器人運(yùn)動間沒有三維交互的問題，提高基于VR的機(jī)器人離線編程與仿真系統(tǒng)中人機(jī)交互的效率和自然性，本文研究了六自由度輸入設(shè)備在機(jī)器人運(yùn)動路徑交互式生成中的應(yīng)用。提出了將六自由度輸入設(shè)備FASTRAK跟蹤系統(tǒng)用于定位機(jī)器人TCP的原理和解決方案，推導(dǎo)了其求解過程，并討論了機(jī)器人運(yùn)動路

4、徑交互式生成的方法。結(jié)果表明，用六自由度輸入設(shè)備代替鍵盤和鼠標(biāo)用于機(jī)器人工具中心點(diǎn)的定位，交互過程直觀、自然、高效。 為了以數(shù)據(jù)手套代替鼠標(biāo)作為交互輸入的設(shè)備，研究了基于數(shù)據(jù)手套的人機(jī)交互操作的實(shí)現(xiàn)。提出了一種場合相關(guān)的基于模板匹配的手勢識別算法。通過特征值提取、數(shù)據(jù)手套校準(zhǔn)、計(jì)算校準(zhǔn)后的輸出值、輸出值標(biāo)準(zhǔn)化等一系列過程得到當(dāng)前手勢的二進(jìn)制表示，根據(jù)定義的手勢集合，進(jìn)行模板匹配實(shí)現(xiàn)手勢識別，識別出的手勢根據(jù)給定的(場合，手勢，動

5、作)對執(zhí)行相應(yīng)的動作，實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)的交互操作。以數(shù)據(jù)手套代替鼠標(biāo)作為交互輸入的設(shè)備，向虛擬環(huán)境發(fā)送交互命令來對虛擬機(jī)器人進(jìn)行離線編程，交互過程直觀、自然，符合人在自然環(huán)境中的表達(dá)方式。 碰撞檢測是基于虛擬現(xiàn)實(shí)的機(jī)器人離線編程與仿真系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，其效果的好壞直接影響整個應(yīng)用的真實(shí)感和精確性，針對這一問題，研究了虛擬機(jī)器人工作單元環(huán)境中的碰撞檢測。提出一種基于場景圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的層次化逐步求精的碰撞檢測算法。通過分析機(jī)器人工作單元虛擬環(huán)