基于网络的多操作者多机器人协作研究

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本文的主要研究目的是探求基于网络的多操作者多机器人协作方法。在研究中实现了双操作者双机器人协作虚拟仿真系统。借助该系统,两位操作者能够完成在机器人间有约束和无约束情况下的虚拟双机器人的物体搬运协作、物体传递协作。 首先,本文对OpenGL技术、机器人几何建模和运动学建模方法进行了研究,说明了如何利用计算机技术完成机器人运动仿真,介绍了以VRML作为外部机器人模型表示所实现的虚拟机器人场景绘制。然后介绍了在网络通信编程上的全新框架——ACE(Adaptive Communication Environment,自适配通信环境)以及它的运用方法。以此为基础,分析了多操作者多机器人协作的虚拟仿真过程,分别给出了在机器人间有约束和无约束协作情况下的协作算法。(1)在有约束的情况下机器人间分主、从关系,从对协作搬运物体出发,运用位置反解算法,根据被搬运物体运动路径反求多机器人手臂运动路径的协作方法的设计和实现方案;(2)在无约束情况下操作者的指令加上时间戳的方法确定指令的执行时序,并以“回滚”操作处理可能对机器人产生危险结果的指令。运用上述协作算法的虚拟多机器人协同仿真控制系统能使身处异地的操作者通过网络对机器人进行便捷的遥操作,针对作业任务实现虚拟多机器人的协同搬运、物体传递。此外,本文还实现了虚拟多机器人协同仿真控制系统中其它功能模块,如碰撞检测模块、基于增强现实的信息反馈模块。通过AABB包围盒算法和本文给出的包围盒链数据结构,设计并实现快速高效的图形仿真子系统的碰撞检测模块。 参照上海大学机器人中心的上海二号机器人系统,本文在局域网的PC平台上实现了虚拟多机器人协同控制。并且通过采用ACE网络编程框架开发的网络通信模块使多操作者和协调控制服务器保持高效通信。机器人工作现场的信息通过摄像头捕捉,网络传输到操作者控制端,通过实际场景和机器人虚拟模型的叠加,给操作者以较强的临场感。 最后,本文对下一步如何继续开展研究工作,增强系统功能作了必要的说明。
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