伴隨著空間機器人技術(shù)的迅速發(fā)展,空間站機械臂已經(jīng)能夠以較高的靈活性輔助甚至代替航天員去執(zhí)行一些精密的、復雜的、危險的任務,大大降低了航天員出艙執(zhí)行任務的風險,減輕了航天員的工作壓力,提高了太空探索活動的效率。然而,隨著空間機械臂的在軌任務越來越復雜,其工作任務難以完全通過地面實驗進行驗證。因此,研究具有安全、便捷、低成本特點的機器人仿真技術(shù),實現(xiàn)在虛擬環(huán)境中對機械臂在軌任務進行仿真,具有重要應用前景。針對我國空間站機械臂在軌工作任務需求,本文開發(fā)了空間站機械臂仿真軟件,實現(xiàn)了空間站機械臂的三維可視化和任務仿真功能。重點開展了空間站機械臂的可重構(gòu)虛擬圖形建模方法和碰撞檢測方法的研究,并進行了典型空間站機械臂任務仿真驗證。主要內(nèi)容如下:首先,開發(fā)基于虛擬現(xiàn)實的空間站機械臂任務仿真軟件。在分析了機械臂運動學基礎(chǔ)上,建立了三維可視化虛擬場景,設(shè)計了人機交互界面,實現(xiàn)了對空間站機械臂的運動仿真,提供給使用者以逼真的視覺臨場感,并對機械臂的預編程控制、手動控制及參數(shù)控制等基本運動功能進行了仿真驗證。其次,研究可重構(gòu)虛擬圖形建模方法,適應未知動態(tài)環(huán)境下的復雜任務仿真的模型需求,具有高度靈活性。提出了...

【文章頁數(shù)】：82 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題背景及研究的目的意義
    1.2 基于虛擬現(xiàn)實的機器人仿真的研究現(xiàn)狀
        1.2.1 國外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
    1.3 可重構(gòu)虛擬圖形建模的研究現(xiàn)狀
    1.4 碰撞檢測算法的研究現(xiàn)狀
        1.4.1 基于時間域的碰撞檢測算法
        1.4.2 基于空間域的碰撞檢測算法
        1.4.3 碰撞檢測研究現(xiàn)狀分析
    1.5 課題來源以及主要研究內(nèi)容
第2章 空間站機械臂任務仿真框架的設(shè)計
    2.1 引言
    2.2 機械臂運動學建模
        2.2.1 機械臂正運動學
        2.2.2 機械臂逆運動學
    2.3 仿真軟件的設(shè)計
        2.3.1 三維可視化虛擬場景的搭建
        2.3.2 人機交互界面的設(shè)計
    2.4 仿真軟件的基本功能驗證
        2.4.1 模型顯示功能驗證
        2.4.2 預編程運動功能驗證
        2.4.3 手動控制功能驗證
        2.4.4 參數(shù)控制功能驗證
    2.5 本章小結(jié)
第3章 可重構(gòu)虛擬圖形建模方法
    3.1 引言
    3.2 基于Open Inventor的圖形場景的創(chuàng)建
        3.2.1 創(chuàng)建圖形場景的工具和原理
        3.2.2 圖形場景的創(chuàng)建過程
    3.3 可重構(gòu)虛擬圖形建模
        3.3.1 可重構(gòu)虛擬圖形建模的流程
        3.3.2 動態(tài)內(nèi)存分配
        3.3.3 模型的添加
        3.3.4 模型的刪除
        3.3.5 模型的移動
    3.4 本章小結(jié)
第4章 空間站機械臂碰撞檢測算法
    4.1 引言
    4.2 碰撞檢測的準備工作
        4.2.1 碰撞對的簡化
        4.2.2 包圍盒的構(gòu)建
    4.3 碰撞檢測的實現(xiàn)
        4.3.1 GJK碰撞檢測算法
        4.3.2 碰撞檢測的仿真結(jié)果
        4.3.3 碰撞檢測效果的評價
    4.4 本章小結(jié)
第5章 空間站機械臂任務仿真
    5.1 引言
    5.2 貨盤搬運典型任務簡述
        5.2.1 貨盤搬運任務
        5.2.2 路徑點的選取
        5.2.3 路徑規(guī)劃方法
    5.3 貨盤搬運典型任務仿真驗證
        5.3.1 可重構(gòu)虛擬圖形建模方法的驗證
        5.3.2 空間站機械臂碰撞檢測方法的驗證
    5.4 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
附錄
    附錄1 空間站機械臂仿真框架設(shè)計核心代碼
    附錄2 可重構(gòu)虛擬圖形建模方法核心代碼
    附錄3 空間站機械臂碰撞檢測核心代碼
攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及其它成果
致謝



本文編號：3837025