关键词：机械臂;;增强现实;;三维注册算法;;碰撞检测算法
摘 要：随着机械臂相关技术的不断成熟和完善,机械臂的功能越来越强大,精度越来越高并且朝着模块化、集成化、智能化的方向发展。在机械臂仿真技术领域,利用仿真平台来辅助机械臂运动学、动力学及其他性能的研究,已成为研究开发过程中十分重要的方法。然而,基于虚拟环境的机械臂仿真平台存在搭建前期需要大量建模工作、缺乏与真实环境对比、沉浸感不足等问题。因此,开展基于增强现实的机械臂仿真平台相关问题的研究,提高仿真平台的精度和沉浸感,缩短仿真平台的搭建周期,符合当前机械臂仿真技术行业的发展需求,对机械臂仿真技术的发展有重要的经济性和实用性。本文针对基于增强现实的机械臂仿真平台的三维注册、碰撞检测等问题开展研究工作,具体研究内容如下:首先,进行了基于增强现实的机械臂仿真平台总体架构与各功能模块的设计。基于机械臂仿真平台的特点和需求分析,设计仿真平台的总体架构与各功能模块。在此基础上设计仿真平台的工作流与数据流,完成仿真平台的设计工作。为后期研究工作的开展奠定基础。其次,开展了仿真平台无标识三维注册算法的相关研究。研究基于统计学习的无标识三维注册算法,通过构建随机森林分类器实现仿真平台无标识三维注册算法。针对现有算法对旋转变化、光照变化、视角变化等鲁棒性较差的问题,改进构建训练集时特征向量的构建方法,在特征点的特征向量中加入具有旋转不变性和光照不变性的纹理特征,提高无标识三维注册算法的精度和鲁棒性。再次,开展了仿真平台碰撞检测算法的相关研究。研究基于层次包围体的碰撞检测算法,通过对场景物体和机械臂模型的预处理,构建基于点云模型的AABB二叉树,实现仿真平台碰撞检测算法。针对现有碰撞检测算法检测流程单一、检测效率低下等问题,根据碰撞物体几何中心的距离,改进碰撞检测时两两检测的流程,提高碰撞检测算法的效率。最后,进行了基于增强现实的机械臂仿真平台的实物实验验证。为了验证本文中基于增强现实的机械臂仿真平台以及相关算法的实际应用能力,基于PowerCube模块化机械臂实物实验平台,搭建相应的虚拟仿真环境。针对无标识三维注册算法和碰撞检测算法设计相应的实验任务,验证算法的准确性和有效性。
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