机器人仿真项目

三维可视化动态仿真环境

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。