基于真实地形场景的移动机器人运动仿真研究

月球探测对于我国有着长远的战略意义，移动机器人将在我国“二”期月球探测计划中发挥举足轻重的作用。因为月面环境恶劣、机器人自主性有限，所以基于虚拟现实的遥操作技术将在月球探测任务中发挥重要作用。它给操作者提供一种三维的、逼真的和可交互的机器人仿真平台。在此平台上，操作者可以借助科学家的智能来解决月球探测机器人自主和遥操作的结合问题，可以验证路径规划、机械臂运动规划及控制指令等。 本文分析了月球探测机器人和真实三维地形几何拓扑信息的交互过程，借助基于虚拟现实的遥操作技术，开发了基于真实地形场景的移动机器人运动仿真平台。在此平台上，运动仿真反应了机器人真实的运动状态。 首先通过对真实地形三维点云的三角剖分和纹理影射，我们得到了真实三维地形场景。然后借助OpenGL软件库和Solidworks软件我们对月球探测机器人进行了精确的几何建模。 本文在分析国内外星球探测机器人仿真系统基础上，提出了一种轮式移动机器人轮子与地形几何拓扑信息交互的方法，此方法解释了地形变化如何影响到机器人姿态的变化。通过在虚拟地形上实验和分析机器人状态数据，证明了此方法的合理性。 本文还推导了六轮移动机器人的运动学模型，确定了机器人车体位姿及其变化与轮子接地点位姿及其变化之间的关系，为机器人如何调整姿态以适应变化的三维崎岖地形提供了理论基础。并利用速度投影法，得到了轮式移动机器人运动学模型新的形式。 最后结合运动学模型和几何模型，我们在Windows平台上利用VC++OpenGL 开发了基于真实地形场景的星球探测机器仿真系统，实现了月球探测机器人的实时仿真。该系统具有较强的交互性和实时性，为星球探测机器人虚拟导航、路径验证、遥操作等提供了验证平台。