面向复杂系统运动仿真的信息物理融合建模

传统运动仿真的虚拟建模缺少针对复杂系统中信息子系统与物理子系统的动态性融合建模。融合传统运动学虚拟建模与信息计算的优势,针对运动仿真的精度和实时性难以满足实际工业制造需求的问题,提出面向复杂系统运动仿真的信息物理融合建模方法,并以机械臂的运动学控制为仿真案例进行验证,解决了实际环境中机械臂的驱动与仿真环境虚拟机械臂运动不一致的问题。搭建了复杂系统运动仿真虚实映射平台,集成了虚拟建模环境CoppeliaSim,融合实际机器人的运动反馈,和虚实映射计算模型,确定工业机器人运动方程的唯一位姿解。实验结果表明本文提出的方法实现了工业机器人的虚实映射实时运动仿真。     

虚拟组织中面向共享的信息统一描述模型研究

虚拟组织中高质量的信息共享对于提高组织决策质量和效率起着至关重要的作用．从实现虚拟组织中高质量的信息共享出发，深入探讨了虚拟组织中面向共享的信息统一建模描述，提出了一种兼顾信息结构、信息语义、信息关联和信息能力的增强型对象信息描述模型——EODIDM，并在EODIDM信息描述模型中提出了信息能力建模的概念和方法，基于EODIDM信息描述模型深入研究了虚拟组织中面向共享的信息统一建模描述，进行了详细的实例分析和应用研究，最后，将EODIDM信息描述模型与现有信息描述模型进行了对比分析，结果表明EODIDM的通用性更强、可扩展性更好，基于该模型可以实现虚拟组织中高质量的信息共享。     

多用户虚拟北邮校园漫游系统的设计开发

介绍了一个多用户虚拟校园漫游系统的开发设计过程,该系统是基于B/S结构,以UML(统一建模语言)为工具,应用JAVA及VRML实现的。对系统的交互界面、多用户数据库管理、虚拟化身驱动、三维场景建模与优化等关键技术的方法与原理进行了详细论述,建立了一个多人的、能使各用户相互感知以及化身交互的三维交互环境。     

水下滑翔机器人实时仿真平台研究与开发

为检验水下滑翔机器人系统的整体性能及载体在水下的运动学和动力学特性,提出了采用半物理仿真方式建立水下滑翔机器人实时仿真平台的设想.介绍了建立实时仿真平台的硬件结构,并对水下滑翔机器人实时仿真平台的搭建过程作了简要的说明.仿真平台系统包括虚拟水下滑翔机器人系统和虚拟显示系统两部分,其中虚拟显示系统包括:MultiGen Creator建立的三维载体模型和海底地形;Vega生成的实时视景程序;基于MFC的视景仿真程序.     

类人猿型机器人"GOROBOT"的可变ZMP双足动步行仿真

为了有效地验证类人猿型机器人“GOROBOT”的双足动步行能力，通过合理地将可变ZMP（zero Moment Point）的变化规律定义为余弦曲线，并基于三维倒立摆的动办学原理，推导出了单脚支撑期内机器人质心轨迹方程。在此基础上，采用样条插值函数来保证机器人质心加速度的连续性，从而提出了基于这种可变ZMP的双足动步行关节轨迹生成方法。最后，在虚拟物理环境下利用仿真软件实现了虚拟的3一D类人猿机器人“GOROBOT”双足动步行，验证了方法的正确性和实际类人猿机器人“GOROBOT”的双足动步行能力。     

动态网络中机器人信息的感知与搜索策略

为建立一个机器人信息动态交互平台,提出机器人自主感知模型,动态建立机器人路径,并基于遗传算法优化多机器人路径。机器人自主感知模型通过抽象各种网络实体,对网络信息进行分类搜索,自主感知实时的网络传感信息,从而动态规划机器人路径。遗传算法优化用于解决多机器人的路径交叉问题,避免机器人工作空间的资源竞争。仿真和实验表明,机器人自主感知模型具有很强的扩展能力和合理的构架,突破了以往移动机器人仅仅使用自身传感器或网络固定传感器的局限,能够完成超过机器人视野范围的任务。     

基于隐马尔可夫模型的文本信息抽取

文本信息抽取是处理海量文本的重要手段,将隐马尔可夫模型应用到信息抽取领域是一个比较新的研究课题。提出了一种基于隐马尔可夫模型的文本信息抽取算法。该算法利用文本排版格式、分隔符等信息,对文本进行分块,在分块的基础上结合隐马尔可夫模型进行文本信息抽取。仿真结果表明,新的算法在精确度和召回率方面有明显的提高。     

基于手势控制的虚拟绘画室

介绍基于手势识别虚拟绘画室系统,在系统中多个用户通过分散终端佩戴相应的虚拟现实设备,进入一个统一的虚拟绘画室,在共同的虚拟画板上创作图画。运行过程中,用户通过手势直接控制绘画效果,化身动作通过实时动画技术,即时体现人物位移,有着极为强烈的体验感,是系统的最大特色。     

基于Backstepping的三轮机器人编队控制

针对具有非完整特性的三轮机器人的路径轨迹跟踪控制问题,使用Backstep-ping方法,提出一种多机器人协同编队控制策略.首先将基于领航—跟随模式的系统编队问题转变成跟随机器人对各自虚拟领航者的运动轨迹追踪问题,进而得到系统位姿误差运动学方程;然后运用Backstepping方法构建非线性系统的机器人协同编队控制策略...     

链式可重构模块机器人非同构构形仿真研究

可重构模块机器人系统具有多种构形来适应环境和任务的要求,其非同构构形的数量随着模块数量的增加呈指数增长。提出了一种新型链式可重构模块结构,机器人的模块数量可以根据需要选择。利用偏置关节和连接臂,该结构具有手动可重构和自动变形的特点。根据模块的物理结构和邻接关系,提出用构形矩阵来表达机器人的拓扑信息,并在仿真环境下进行描述;提出基于组合计数原理的递归算法,用于多模块变形机器人的非同构构形的计数,并根据构形矩阵对对机器人的对称构形进行判断。最后仿真设计了4模块和5模块可重构机器人的对称构形,验证了算法的可行性。     

VRML场景中的智能替身研究

给出VRML场号中的智能替身模型，使得替身可以更好的理解用户的意图。首先，利用参数化的方法构造替身模型，使得用户可以更快捷的定制个性化的替身；在此基础上，分层次的动作模型实现了从高层的面向任务的动作到底层替身物理动作的高效分解与映射；最后，多通道的交互方式使得用户可以通过更自然的方式控制自己的替身。VRML场景中的智能替身研究为VRML多用户虚拟场景中替身交互，以及替身与场景交互的研究提供了基础。     

面向虚拟环境的场景管理关键技术及其实现研究

研究面向虚拟环境的场景管理关键技术并加以实现。构建了一种能有效描述大规模虚拟环境的场景图和基于该场景图的场景二叉树(SBSP)，以此为基础，实施了场景管理与绘制分离策略。提出一种基于多线程入口的大规模虚拟场景的实时调度方法，该方法由入口根据化身的运动对空间进行实时调度，能避免传统调度方法的复杂的多线程通信。以上述关键技术为核心，利用OpenGL和C 开发了虚拟环境原型InteVRl．0，该系统可实现大规模虚拟环境的场景管理和实时漫游。     

虚实融合的探究式实验系统研究

随着个性化教育理念的多元化发展，以着重自主探究、实践能力培养，基于形成性评价的探究式教学受到关注。面向探究式教学的需求，提出了满足探究式学习理论的虚实融合实验系统框架，并以化学实验为例开发了虚实融合系统和交互套件。通过物理传感将用户行为、交互套件、交互界面等多模态信息融合，与真实空间的数字图形孪生系统绑定，并通过流体模拟和高精度图形渲染生成实验现象，回馈给交互界面。同时，通过数据模型与行为可视化将用户的学习状态进程综合信息，实时反馈给教师，从而辅助教师根据学生状态进行探究引导，形成有意义的探究式教学。     

基于虚拟现实技术的居家火灾逃生系统的研究

火灾逃生教育具有重要的现实意义,但在现实生活中,面向公众的火灾逃生演练通常花费很大。虚拟现实技术也能模拟火灾场景,可以增强逃生教育的效果,同时能大大降低训练的费用。建立了面向火灾逃生训练的虚拟现实原型系统,我们编制了集粒子动画和声音于一体的游戏风格图形界面,用户可以控制替身在虚拟火灾场景中逃生,替身的运动采用骨骼动画实现,我们使用面部表情图片来描述替身的情绪状态。初步的实验结果表明,该演示系统能够使火灾逃生演练变得更形象。     

基于阻抗和虚拟模型的四足机器人控制方法

为提高四足机器人的运动稳定性,提出基于阻抗和虚拟模型的控制方法。采用基于力的阻抗控制方法进行腿部摆动相的控制,实现摆动相较为精准的轨迹跟踪以及腿部的柔顺控制;采用虚拟模型控制方法进行支撑相的控制,实现对机器人机身姿态的控制,实现了四足机器人的稳定行走。结合横向跨步策略以及虚拟模型的偏航角控制策略,提出机器人抗侧向冲击控制方法,保证了四足机器人受侧向冲击后能够保持平衡并恢复运动状态。仿真结果验证了所提出的控制方法的有效性。     

基于OpenGL的机器人虚拟漫游系统开发

基于OpenGL图形库具有的强大三维渲染能力，开发了一个机器人虚拟漫游环境，提出了一种基于PC的机器人虚拟漫游框架，重点描述了建立三维场景及漫游系统中观察者与机器人的位置控制方法，实现了观察者与机器人的三种不同相对运动状态。实验结果表明，该系统取得了良好的仿真效果。     

基于多智能体的自主移动机器人混合式体系结构

针对自主移动机器人系统的设计需求提出了一种基于多智能体的混合式体系结构,统一规划了机器人系统的软硬件结构,在该体系结构中设计并实现了硬件接口、慎思式和反应式三种智能体,提出使用多样化的信息组织形式,增强了系统的自适应能力和易扩展性。在具体的物理实现上采用了基于CAN总线的控制结构,并对各组成部分给出了详细的描述。测试结果证明了本移动机器人系统设计的可行性和高效性。     

虚实结合的多关节机器人开放式仿真系统研究

基于工业控制计算机、单片微处理器等硬件和OpenGL、VC 等软件,针对典型的五自由度多关节工业机器人构建出了一个虚拟现实和物理模型相结合的开放式通用仿真综合试验系统,给出了机器人三级控制系统体系结构和内部通信协议,建立了机器人运动学坐标系,推导出了相应的末端作用器位姿转换矩阵,可以完成机器人学中正向运动学、逆向运动学、路径规划以及动力学等方面的研究与设计。最后,将其成功应用于《工业机器人学》课程教学和智能型采棉机器人的研发过程中,发挥了重要的指导作用。     

虚拟装配关键技术及其发展

虚拟装配技术是虚拟制造技术的关键部分,它主要实现两个层次的映射,即底层用产品虚拟模型映射了产品物理模型,顶层的虚拟装配仿真过程映射了真实的物理装配过程。虚拟装配关键技术主要包括:碰撞检测、零部件建模以及数据交换与集成、装配规划、基于约束的运动导航与精确定位、线缆管路等可变形体零件装配技术、知识的提取与应用和装配评估与验证等。文中对这些关键技术的研究现状进行了综述,并根据研究现状分析了虚拟装配技术中存在的问题以及发展趋势。