机器人运动控制仿真系统研究与实现

发表时间:2019/6/10   来源:《科技研究》2019年3期   作者:钱荣盛 方平进 邬晨昊 靳璞磊
[导读] 本文将列举机器人运动控制仿真系统研发领域中常见的三种机器人研发项目:虚拟现实下的双臂机器人运动仿真系统研究、 ADAMS移动机器人建模仿真、关节型机器人ADAMS与 MATLAB联合仿真,并以此为入手点讨论机器人运动控制仿真系统研究与实现。

(常州固高智能装备技术研究院有限公司  江苏常州  213100)
        摘要:随着科学技术的大力发展,“人工智能”时代将会离我们越来越近。机器人作为“人工智能”时代重点开发的研究对象,在关于机器人的运动控制仿真上一直都是只能机器人研发领域的热议话题,也是该领域的基础研发项目。
        关键词:机器人;运动控制;仿真系统;实现
       
       
        人类社会步入21世纪以来,科技发展一日千里,人工智能将在不久的将来与我们的日常生活,紧密地贴合在一起。智能机器人作为现代科技的重点研发对象,通常有三种建模方法来实现对机器人的运动控制以及运动仿真,包括运动学仿真、动力学仿真以及运动学和动力学联合仿真。
        一、虚拟现实下的双臂机器人运动仿真系统研究
        1、仿人形双臂机器人虚拟仿真概述
        双臂机器人的设计灵感来自于对人的双臂的模仿,要求所设计研发的双臂机器人要像人一样可以自由灵活地操作自己的双臂,并能够完全取代人工完成各种复杂的操作。近几年来,双壁机器人的研究取得了很大的进展,例如Baxter和PR2双臂机器人的研发技术已经十分成熟,而且已经正式投产。目前,Baxter和PR2双臂机器人在军事领域和工业上都得到了很好地运用。虽然仿人形双臂机器人性能好、发展前景广泛,但是双臂机器人的研发技术比较复杂,因此在对仿人形双臂机器人进行运动学分析建立好模型后,需要在虚拟环境中事先让机器人模拟人的手臂运动,通过模拟比对来验证算法的正确性。在虚拟环境下使机器人模拟人的双臂运动,一般是在 Unity3D虚拟模拟系统中进行双臂机器人的运动仿真验证,借助于以 太网和ROS 通信技术,把数字命令信号传输给设计的机器人,以此来完成对机器人的双臂动作控制。这种虚拟仿真实验验证方案的设计既可以验证设计的双臂机器人算法的准确性和严密性,又可以实时地监控机器人的动作演示情况,因而效果十分明显直观。
        2、双臂机器人运动仿真系统框架图
        把 FBX 格式的 Baxter 双臂机器人三维模型文件导入到 Unity3D 模拟系统中,从而建立起每个关节之间的约束关系,并把双臂机器人的关节运动属性添加到系统之中。在实现机器人各个关节之间的联系后,借助于算法库的运算处理求出双臂运动仿真模型的正逆解,来实现双臂机器人双臂运动的轨迹规划,使之能够模仿人体双臂的运动。在 Linux 系统下建立 Baxter 机器人的 TCP Server,主要是为了控制和反馈双臂机器人对人体的模拟运动。同时借助以太网(局域网)将Linux 系统和在Windows 系统中建立的 TCP Client连接起来,最终确保对双臂机器人的控制与监测其演示效果。
        在仿真实验中,如果虚拟仿真软件在整个实验过程中正常运行,双臂机器人能够按照模拟预设完成相应的动作,说明设计的仿真算法可行有效。除此之外,预先进行双臂机器人仿真实验模拟,可以有效地避免由于预设算法的差错引发的各种损失。
        二、ADAMS移动机器人建模仿真
        1、新型移动机器人结构及其功能参数规格一览表
       

        对新型移动机器人进行虚拟仿真实验,主要是为了验证对机器人的动力学分析结果是否准确可靠,若机器人的仿真实验表现与其动力学分析结果相符,说明动力学分析结果无误,这给其物理样机的实现提供了科学保障。
        三、结语
        随着“人工智能时代”的即将到来,机器人领域方面的研究会越来越受关注。在不久的将来,智能机器人将会与我们的日常生活联系得越来越紧密,在各行各业的应用前景也十分广泛。
        参考文献:
        [1]经济型抛光机器人轨迹控制及柔性化系统研究[D].陈富夫.西华大学2015

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