机器人足球仿真平台中碰撞检测算法研究

以机器人足球仿真平台的设计开发为背景,提出了基于递归分群的快速碰撞检测算法RDCCD,并将其应用于所开发的仿真平台系统中．初步的算法分析与实验表明该算法在碰撞检测速度和可靠性方面具有优越性．     

三维车削仿真的碰撞检测

在分析了目前碰撞检测主要方法的基础上,研究了三维车削仿真加工过程中的碰撞检测方法。在造型的过程中借助了多边形的概念和B_rep的造型方法;在算法上采用将三维实体间的碰撞检测转化为二维多边形间的重叠性检验;并通过多边形之间的布尔交运算来判定碰撞的发生。实现的平台为自主开发的动态三维车削仿真系统CNCSimu 2．0。仿真实例表明:该方法简化了碰撞模型,提高了碰撞检测效率。     

三维车削仿真的碰撞检测

在分析了目前碰撞检测主要方法的基础上,研究了三维车削仿真加工过程中的碰撞检测方法.在造型的过程中借助了多边形的概念和B_rep的造型方法;在算法上采用将三维实体间的碰撞检测转化为二维多边形间的重叠性检验;并通过多边形之间的布尔交运算来判定碰撞的发生.实现的平台为自主开发的动态三维车削仿真系统CNCSimu 2.0.仿真实例表明该方法简化了碰撞模型,提高了碰撞检测效率.     

基于射线的虚拟手动态碰撞检测算法

针对没有力反馈的数据手套,结合刚体和软体模拟人手,利用射线特性对虚拟手抓取操作过程进行分析,提出了基于射线的虚拟手动态碰撞检测算法。首先将射线碰撞应用于数据手套碰撞检测上。文中描述了该算法,并给出了算法的流程图,针对单个手指和物体接触过程,将该动态碰撞检测算法和传统的静态碰撞检测算法进行比较,结果证实:该动态碰撞检测算法能够提供具有真实感的虚拟手交互模拟视觉信息反馈,有效避免了虚拟手和物体间的穿透,在总体性能上优于传统静态碰撞检测算法。该动态碰撞检测算法可以推广到其他的系统仿真应用。     

一种基于距离聚类的并行碰撞检测算法

针对大量多物体碰撞检测时,碰撞检测效率低的问题,提出了并行碰撞检测技术,采用多进程同时处理,缩短碰撞检测时间,增加碰撞检测效率。针对并行碰撞检测对儿间相互制约的问题,提出了基于距离聚类的方法,该算法将仿真平台中可能发生碰撞的物体归为某一类,不同类物体不会发生碰撞。该算法为每一类分配一个进程,消除了碰撞检测对儿相互制约的问题,提高了碰撞检测效率。此算法适合大规模物体间碰撞检测,规模越大,分类越多,并行碰撞检测效果越明显。     

中型组机器人足球比赛仿真平台的图形系统

介绍了中型组机器人足球比赛仿真平台的图形交互程序.在VC 6.0平台下,通过MFC的类View中特定的MM_ANISOROPIC的映射模式及绘图语句实现了程序.在此图形系统中采用了矩阵运算,实现了机器人的仿真运动,并根据需要设计了相应的碰撞检测算法.通过程序检验,验证了此算法具有良好的准确性和较高的效率,表明了此种方法在机器人足球比赛仿真平台的图形系统中建立的可行性.     

面向虚拟手术的碰撞检测优化算法

为了提高虚拟手术仿真系统中碰撞检测算法的效率,基于混合包围盒碰撞检测法,提出了一种快速的碰撞检测优化算法。首先利用S-AABB上层包围盒进行粗略碰撞检测,然后利用球包围盒进行底层精确碰撞检测,并采用2种优化方法代替传统上建立层次二叉树的过程。采用分区域碰撞检测法,使每次检测只是针对某一个区域内的单元体,有效地提高了碰撞检测效率;采用预测碰撞检测法,当碰撞连续发生时,预测出即将可能发生碰撞的单元体,只是针对这些单元体进行碰撞检测。最后通过实验数据,证明了该碰撞检测算法及其优化方法的有效性及其快速性。     

基于混合包围体层次树的机器人碰撞检测试验

为解决喷涂、焊接、装配等工业现场中能快速检测出机器人与周边环境是否发生碰撞,提出一种适用于铰接模型机器人的碰撞检测算法——混合包围体层次树算法。该算法利用了不同包围体所具有的优势:由OBB包围机器人连杆时更紧凑和以OBB为基元构建球包围体时计算简化和耗时少。该算法采用由顶层、中间层和底层3层结构构成的包围体层次树技术。如果包围体层次树中父节点包围体不存在碰撞,则无须对子节点包围体进行碰撞检测,且顶层与中间层采用二叉树结构来存储数据,以此加快碰撞检测速度。而且该算法可以随着机器人实际运动时各连杆间相对位置的变化而动态更新,以此适应机器人的碰撞检测。通过开发OpenGL上位机控制软件和搭建Parker控制器等构建的机器人实体实验平台验证所提出的碰撞检测算法的有效性。     

谈虚拟现实中的碰撞检测问题

虚拟现实环境中的碰撞检测是计算机图形学、计算几何、仿真建模和机器人路径规划等领域的重要问题。文章讨论了碰撞检测过程中的算法和包围盒树的交叠测试时间以及碰撞检测的优化手段,进一步提高了碰撞检测的效率。     

运动物体仿真中的碰撞检测研究

针对运动物体仿真中碰撞检测的实际需要,对运动物体与地面的碰撞检测和运动物体与地面上其他物体的碰撞检测进行了研究,对方向包围盒（OBB）碰撞检测算法进行了设计,使VegaPrime中的碰撞检测由单一的线段变成了完整的三维物体。试验结果表明,通过对比例参数的控制,能产生具有预警机制或碰撞容忍度的碰撞检测包围盒。     

仿真机器人足球比赛中的射门策略

针对机器人足球传统射门策略存在射门成功率不高的情形,对FIRA机器人足球五对五仿真平台(SimuroSot 5vs5)中实体的运动规律进行了分析,提出了预测法射门策略.首先建立了机器人的变速运动模型和球在碰撞之后的运动模型,然后根据这些运动模型,实时地对机器人和球的速度及位置进行分析预测,寻找对方守门员的死角,确定最佳的射门区域.通过仿真实验,预测法射门策略与多人协作射门策略、死角法射门策略、基于艾米特插值(Her mite)曲线射门策略相比,明显提高射门的成功率和比赛进球数.     

基于机器人足球系统仿真中的碰撞模型

基于机器人足球比赛中最为常见的碰撞问题，作者运用几何学方法提出了机器人之间以及机器人与小球、场地围墙之间的碰撞模型，为构建和开发足球机器人系统仿真平台与机器人的运动控制提供了模型基础。     

基于遗传模糊算法的足球机器人射门动作控制

为了提高足球机器人的射门成功率，给出了一种基于遗传模糊算法的足球机器人射门实现方法。通过建立一个多输入多输出模糊控制器，用一套模糊控制规则控制足球机器人在实时、动态环境中完成射门动作，并采用遗传算法优化模糊规则和隶属度函数，增强了模糊控制系统适应动态变化环境的能力。考虑了轮式移动机器人的运动模型，将更符合实际情况的左右轮速度作为模糊规则内输出。在仿真和全局视觉足球机器人平台上对该算法进行了验证，实验结果证明了方法的正确性。     

基于位置控制的足球机器人控制方法

为了改进机器人足球比赛中各机器人执行动作的准确性与可靠性,针对目前FIRA足球机器人在驱动方式上的不足,提出了基于位置控制的机器人控制模式,可以避免比赛中由于机器人速度上的不规则变化引起的对象丢失,及对硬件要求较高带来的副作用等问题.经仿真和比赛检验了该方法的有效性.     

图形机械手碰撞检测简化算法

参考较为成形的基于包围盒层次的碰撞检测算法,针对本系统液压伺服机械手的特有结构,采用一种简单易行的线面关系、面面关系算法来实时处理图形机器人与待操作对象的精确碰撞检测,最后通过实验验证了该算法的有效性。结果表明:所提出的碰撞检测模型具有计算量小,速度快以及易于编程实现等优点。解决了遥操作工程机械手的在线实时仿真问题,可以较好地应用于简单的虚拟现实系统。     

路径规划中两个多面体的快速碰撞检测算法

如何进一步提高碰撞检测的速度在智能机器人路径规划中非常关键,为此给出了一种新的碰撞检测算法;它是以空间中的平面方程为基础,将一组平面方程进行几次代数变换得到一组常数不等式,观察这组常数不等式中是否含有矛盾不等可判定机器臂是否与空间中的障碍物相撞。     

基于自适应遗传算法的足球机器人策略设计

提出了一个基于自适应遗传算法的足球机器人动作规划算法．定义了一个足球机器人的动作集合,根据赛场的实际情况为足球机器人分配角色与任务,然后利用自适应遗传算法为足球机器人选择合适的动作．算法引入了局部搜索,采用了一种高效的适应性评价方法．实验表明,应用新算法的仿真足球机器人动作准确、效果好．     

基于动态基准圆的机器人足球射门算法研究

为提高足球机器人的射门成功率,在分析了几种射门算法存在不足之处的基础上,引入动态基准圆的概念,提出了一种运动轨迹采用近似阿基米德螺线的射门算法．仿真结果表明,该算法在球静态和动态两种情况下均能缩短射门机器人的运动路径,增大击球的冲量,提高射门成功率．     

基于卷积力矩观测器与摩擦补偿的机器人碰撞检测

针对常规工业机器人在未知环境下运行时可能产生碰撞的安全性问题,提出一种新型的机器人碰撞检测算法. 设计卷积力矩观测器,通过实时观测关节输出力矩与动力学估计力矩的偏差实现机器人碰撞检测. 为了避免机器人处于不同位姿、运动状态等情况下关节摩擦对机器人碰撞检测的干扰,采用静态LuGre模型对关节摩擦进行补偿. 通过对实际工业机器人的运动监测,辨识出更加准确的静态LuGre模型参数. 该碰撞检测算法无需加速度信息,避免了对位置反馈信息二次求导所带来的计算误差. 关节力矩基于关节伺服驱动的电流信息获取,无需安装专门的力/力矩传感器,从而在常规工业机器人无需额外配置的情况下,只需采集机器人关节驱动电机电流和位置信息即可实现碰撞检测. 通过人与机器人交互实验验证了该碰撞检测算法的有效性.