基于虚拟现实的空间站机械臂任务仿真研究

发布时间：2023-07-25 02:53

　　伴随着空间机器人技术的迅速发展,空间站机械臂已经能够以较高的灵活性辅助甚至代替航天员去执行一些精密的、复杂的、危险的任务,大大降低了航天员出舱执行任务的风险,减轻了航天员的工作压力,提高了太空探索活动的效率。然而,随着空间机械臂的在轨任务越来越复杂,其工作任务难以完全通过地面实验进行验证。因此,研究具有安全、便捷、低成本特点的机器人仿真技术,实现在虚拟环境中对机械臂在轨任务进行仿真,具有重要应用前景。针对我国空间站机械臂在轨工作任务需求,本文开发了空间站机械臂仿真软件,实现了空间站机械臂的三维可视化和任务仿真功能。重点开展了空间站机械臂的可重构虚拟图形建模方法和碰撞检测方法的研究,并进行了典型空间站机械臂任务仿真验证。主要内容如下:首先,开发基于虚拟现实的空间站机械臂任务仿真软件。在分析了机械臂运动学基础上,建立了三维可视化虚拟场景,设计了人机交互界面,实现了对空间站机械臂的运动仿真,提供给使用者以逼真的视觉临场感,并对机械臂的预编程控制、手动控制及参数控制等基本运动功能进行了仿真验证。其次,研究可重构虚拟图形建模方法,适应未知动态环境下的复杂任务仿真的模型需求,具有高度灵活性。提出了...

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究的目的意义
    1.2 基于虚拟现实的机器人仿真的研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
    1.3 可重构虚拟图形建模的研究现状
    1.4 碰撞检测算法的研究现状
        1.4.1 基于时间域的碰撞检测算法
        1.4.2 基于空间域的碰撞检测算法
        1.4.3 碰撞检测研究现状分析
    1.5 课题来源以及主要研究内容
第2章 空间站机械臂任务仿真框架的设计
    2.1 引言
    2.2 机械臂运动学建模
        2.2.1 机械臂正运动学
        2.2.2 机械臂逆运动学
    2.3 仿真软件的设计
        2.3.1 三维可视化虚拟场景的搭建
        2.3.2 人机交互界面的设计
    2.4 仿真软件的基本功能验证
        2.4.1 模型显示功能验证
        2.4.2 预编程运动功能验证
        2.4.3 手动控制功能验证
        2.4.4 参数控制功能验证
    2.5 本章小结
第3章 可重构虚拟图形建模方法
    3.1 引言
    3.2 基于Open Inventor的图形场景的创建
        3.2.1 创建图形场景的工具和原理
        3.2.2 图形场景的创建过程
    3.3 可重构虚拟图形建模
        3.3.1 可重构虚拟图形建模的流程
        3.3.2 动态内存分配
        3.3.3 模型的添加
        3.3.4 模型的删除
        3.3.5 模型的移动
    3.4 本章小结
第4章 空间站机械臂碰撞检测算法
    4.1 引言
    4.2 碰撞检测的准备工作
        4.2.1 碰撞对的简化
        4.2.2 包围盒的构建
    4.3 碰撞检测的实现
        4.3.1 GJK碰撞检测算法
        4.3.2 碰撞检测的仿真结果
        4.3.3 碰撞检测效果的评价
    4.4 本章小结
第5章 空间站机械臂任务仿真
    5.1 引言
    5.2 货盘搬运典型任务简述
        5.2.1 货盘搬运任务
        5.2.2 路径点的选取
        5.2.3 路径规划方法
    5.3 货盘搬运典型任务仿真验证
        5.3.1 可重构虚拟图形建模方法的验证
        5.3.2 空间站机械臂碰撞检测方法的验证
    5.4 本章小结
结论
参考文献
附录
    附录1 空间站机械臂仿真框架设计核心代码
    附录2 可重构虚拟图形建模方法核心代码
    附录3 空间站机械臂碰撞检测核心代码
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢



本文编号：3837025