东北大学“985工程”机器人控制实验室始建于1997年，自主研发了中国第一套微型足球机器人系统“东大牛牛”，并于1999年在巴西举办的机器人足球世界杯比赛上代表中国夺得首枚金牌。该项目后来参加了建国50周年成就展和863计划15周年成就展。在国家自然科学基金和863项目等多方资助下， “牛牛”足球机器人已经成为东北大学的一个品牌。

“985工程”机器人控制实验室长期从事模块化机器人通用支撑软件平台与机器人仿真技术、足球机器人与教育机器人、基于移动机器人的动态传感器网络自部署和优化控制技术等方面的研究。实验室参加了“十一五”国家863计划先进制造技术领域重点项目“机器人模块化体系结构设计”，主持课题“机器人集成开发环境仿真建模平台”（2007AA041700）、“机器人图形化开发环境RiDE应用测试”（2009AA043901-4）、“RiDE三维可视化动态仿真应用平台开发”（2009AA043901-5）的研究。目前，实验室已开发了“机器人3D仿真平台”等4种不同的机器人仿真开发平台，另外，3套足球机器人仿真比赛平台已经被认定为中国机器人大赛官方比赛平台，还申请了2项机器人仿真软件著作权。

三维可视化动态仿真平台RiDE是国家863项目二期成果，RiDE主要面向于工业机器人、服务机器人及教育娱乐机器人的仿真，主要功能有机器人建模、离线仿真、半实物仿真、工业机器人流水作业生产线仿真等。RiDE的适用范围是：

• 机器人生产厂商，RiDE可以被用来快速的开发新型机器人原型，RiDE提供了三种基本的实体模型可以用来组建各种不同的机器人模型。

•  机器人用户利用RiDE来搭建工业机器人流水作业生产线，并验证生产线机器人布局的合理性，改进控制策略，降低了试验成本并且提到了生产线效率。

RiDE三维可视化动态仿真平台具有以下优点：

• 模块化设计：采用模块化设计，每个模块可以实现自己独有的功能，系统不依赖与具体的运行环境，在环境和功能发生变化后，可以通过修改和重组，不影响系统的功能和总体面貌，保持整体的稳定性，且有利于扩展、重用，从而提高工作效率改进工作质量。
• 具有仿真度的物理引擎：物理引擎赋予物体真实的物理属性使其运动、旋转和碰撞符合现实客观世界的规律。采用高仿真度物理引擎技术，能够对基本物理关系、运动学以及动力学等进行参数化仿真，同时对机器人运动状态以及运动中可能发生的碰撞进行仿真，增强了仿真环境的真实感。
• 强大的渲染引擎：为用户提供强大的渲染引擎服务，逼真的仿真环境效果，使导入的模型更加贴近实物，具有很高的仿真度。
• 开放式控制平台：不同于其他平台对于机器人硬件的封闭性，该系统可广泛应用于不同种类的机器人仿真，用户可以自行设计机器人的各种结构（轮式结构，电机结构等），它同时提供了各种开发接口，可以在离线的情况下为机器人开发控制算法，该环境为机器人的开发提供了统一便捷的途径。

RiDE功能介绍

RiDE三维可视化动态仿真环境完全采用模块化设计，具有可扩展的外部接口，内部又分为各个功能模块包括多语言接口、碰撞检测模块、路径规划模块、高保真传感器模块和可视化建模模块。

• 多语言接口

RiDE具有多语言编程接口，主要包括Urbi统一建模语言、Matlab、Java、C/C++、Python，用户可以自由选择用哪种语言来编程，还以用多种语言混合编程。RiDE可以兼容ROS机器人操作系统，可以利用ROS的接口roscpp、rospy来调用的ROS 中的资源如OpenCV、PCL点云库、SLAM等。

• 碰撞检测

碰撞检测的作用是使互相接触的物体不会互相穿透造成仿真失真，RiDE三维可视化动态仿真环境采用高仿真度的物理引擎，采用AABB包围盒等碰撞检测算法实现了仿真对象之间的碰撞检测功能，很好的提高了仿真效果的逼真性，碰撞检测的示意如下。

• 路径规划

路径规划是指，在具有障碍物的环境中，按照一定的评价标准，寻找一条从初始状态到目标的无碰撞路径。RiDE内部已经集成了一些基本的移动机器人路径规划算法，除此之外，用户还可以在已有算法基础上开发新的算法，图5是对TurtleBot路径规划的仿真。

• 高保真视觉传感器

视觉传感器（摄像头）是机器人最重要的外部传感器，RiDE通过内建的图像处理模块（包括预处理、过滤等）来达到对视觉传感器的高保真仿真，并且用户还可以通过RiDE提供的插件来自主定制图像处理功能。

• 便捷的CAD数据导入

RiDE可以根据机器人对象的D-H参数来方便的构造机器人模型，另外，RiDE的物理引擎提供给用户三种基本的物理实体模型（正方体、球体、胶囊体）来搭建任意仿真对象；用户可将CAD模型转化为obj格式文件导入到仿真环境中，进而增加仿真对象的可视化效果。

RiDE对工业机器人的建模及仿真

RiDE可以根据机器人的D-H参数或机器人的3D模型来进行仿真对象建模，RiDE提供了三维可视化操作，基于三种基本的实体模型可以快速的搭建出机器人原型，并且还可以导入3DMax制作的渲染文件，增强机器人模型的逼真感。RiDE对工业六自由度机器人的建模仿真下图所示。

RiDE对工业流水线的仿真

RiDE可根据常见的工业机器人模型组建机器人流水作业生产线，并可对生产线辅助设备进行建模，然后载入相应的控制算法便可完成机器人作业的生产线仿真。下图示是对焊接机器人和搬运机器人进行工件焊接的流水线仿真。

ROS简介

2007年，ROS（机器人操作系统，Robot Operating System）最初由斯坦福人工智能实验室的Switchyard为了支持斯坦福人工智能机器人（STAIR）项目而开发的。2008年，ROS的主要由Willow Garage公司继续维护开发，Willow Garage是一家机器人技术研究机构和机器人技术孵化基地。

ROS是专为机器人软件开发所设计出来的一套操作系统框架，它能够支持多种机器人构型和传感器。ROS是一个开源的操作系统，包括硬件抽象描述、底层驱动程序管理、公用功能的执行、程序间消息传递、程序发行包管理，它也提供一些工具和库用于获取、建立、编写和执行多机融合的程序。ROS能够提高机器人研发的代码复用率，集成与其他机器人软件框架。

ROS目前仅支持在Ubuntu Linux操作系统环境中运行，ROS和传统的桌面操作系统不同，运行ROS的机器人硬件同时也安装着Linux操作系统，ROS是Linux操作系统上面运行的一个服务。目前，ROS支持多种机器人硬件平台如Willow Garage的PR2、Lego、Nao等。

ROS_RiDE机器人仿真环境

针对ROS中机器人三维仿真环境的功能不完善缺点，实验室开发了一款面向各种服务机器人、教育机器人的三维仿真平台ROS_RiDE，该平台具有跨平台功能可同时运行在Linux、Windows环境中。ROS_RiDE遵循LGPL开源协议，采用面向对象的高性能渲染引擎和高保真的定制物理引擎，并且该仿真环境能够方便的利用ROS中的各种packages、stack等资源，ROS_RiDE对PR2的仿真如下图所示。

NEWNEU高保真3D机器人足球仿真平台是由东北大学“985工程”机器人控制实验室开发的，是基于Microsoft Robotics Studio开发的一种新型足球机器人3D仿真平台。NEWNEU足球机器人3D仿真平台由仿真引擎服务、NEWNEU仿真服务和人机交互服务三个基本的服务构成，实现了3D/2D实时显示、裁判逻辑、人机交互等主要功能。仿真平台能够对足球机器人比赛进行很好的模拟，具有3D碰撞效果，避免了同样的决策文件得到相似的仿真结果的缺点。它提供了一个3D可变视角的仿真环境，可以根据需要调整视角，达到最佳的视觉效果。

人型机器人比赛仿真平台

NEWNEU高保真3D类人机器人仿真平台是针对类人足球机器人比赛开发的一种新型的3D仿真平台，它具有精确的物理引擎和3D效果逼真，调试方便，采用了原语控制方式，对真实比赛有较高的仿真度。

3D类人机器人仿真平台采用客户端/服务器结构，两个客户端在比赛中相互独立，互不干扰，保证比赛的公平性。此外，仿真平台还支持单机模式，将客户端和服务器集成运行在一个环境中。这样即使在PC等硬件资源不足的情况下，仿真平台也可实现正常调试和比赛，极大地降低了由硬件带来的局限性。

武术机器人比赛仿真平台

机器人武术擂台赛是“中国机器人大赛”中的重要赛事，参赛双方的机器人以搏击、推挤的方式激烈对抗，体现综合机器人技术水平的同时融入了中国传统文化元素。NewNeu武术擂台赛仿真平台也是基于微软Robotics Studio开发的，它具有精确地物理引擎很够很好的模拟物体与物体之间的碰撞、摩擦等效果，比赛仿真度高。目前是中国机器人大赛的官方比赛平台。