【摘 要】
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随着机器人技术的发展,机器人被广泛地运用到社会生产的各个方面：从火星探测到工业制造,从核电站维护到家庭服务,从深海探测到家庭娱乐,我们都可以看到机器人的身影。在危险或
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随着机器人技术的发展,机器人被广泛地运用到社会生产的各个方面：从火星探测到工业制造,从核电站维护到家庭服务,从深海探测到家庭娱乐,我们都可以看到机器人的身影。在危险或者遥远的机器人工作地点,操作人员不能直接操作机器人,人们为了方便操作人员控制,开发了机器人仿真系统,利用三维建模结合机器人远端传送回来的视频、传感器等信息,操作人员可以较好地把握机器人的实时状态。虽然这样可以减少网络时延对操作机器人所带来的影响,但是这样并不能加快操作者的操作效率,降低操作者的工作负担。
本文在借鉴国内外研究者的研究基础上,结合本实验室前人开发的机器人仿真系统,构建了基于射线求交算法为核心的虚拟夹具仿真系统。虚拟夹具仿真系统可以根据机器人运动场景的不同,让操作者选择不同的夹具,添加到机器人所要运动的路径上,利用夹具来约束机器人前行的轨迹。一方面,操作者操作机器人前行,同时机器人利用射线求交算法感知周围夹具局部信息计算并自动转向目标点。这种半自动的机器人操作方式,不仅可以利用计算机强大的计算能力,降低了操作者的操作负担,加快了操作效率,同时也充分利用操作者的判断能力,提高了机器人完成任务的准确性和精度。射线求交算法的主要思想是在机器人在前行过程中,前端发射一定形状的射线,让射线去探测周围夹具的局部信息(如法线等),然后利用坐标转换,得到机器人的转向点信息。其主要特点是计算量较传统的碰撞检测小、设计简单。考虑到机器人场景的多样性和操作的友好性,本系统设计了多种类型的夹具,同时添加了若干种方便用户控制夹具位置的方式,如鼠标控制,滑动条控制等。本文最后设计一个操作对比实验,验证了本虚拟夹具仿真系统的有效性。
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