双臂机器人自碰撞检测及其运动规划

针对双臂机器人运动规划过程中的自碰撞问题,提出了基于空间向量几何距离的机械臂自碰撞检测方法;改进了传统的人工势场法,并用线性结构的斥力场描述机械臂各杆件之间的相互关系,用于构造多杆碰撞检测的描述指标;利用线性斥力场描述的结构得到一种新的双臂机器人无自碰撞运动规划算法.结果表明,与传统的人工势场法相比,所提出的无自碰撞运动规划算法能够将线性斥力场引入无自碰撞规划算法中,并作为算子用于计算避免自碰撞的规划调整量,其结构简单、计算方便.同时,结合实际的双臂机器人物理参数,通过预先给定机器人运动轨迹的模拟,验证了无自碰撞运动规划算法的有效性.

液压四足机器人自碰撞检测及其运动规划

针对四足机器人运动过程中存在的自碰撞问题,采用距离函数法,通过对腿部选取特征点,并对特征点之间的距离检测,进行足端的轨迹规划。研究过程中,建立了四足机器人的三维模型,并给出了四种自碰撞位置检测模型,对腿部运动空间的分析,每条腿上选取两个特征点,用距离函数法对特征点间距离进行控制,进而实现对腿部的控制。经过仿真分析和实验得出,应用距离函数法可以将两足端的最小距离控制在34.72mm处,有效的避免机器人在行进过程中腿部之间存在的碰撞问题。

头发流体模型中碰撞处理的新方法

针对传统的插值头发簇方法不能表现头发细节的问题,本文为每一根头发建立质子-弹簧模型,渲染阶段不产生发丝。考虑到计算效率,本文提出了一种拉格朗日法与欧拉法的嵌套结合法,用来处理头发间的自碰撞;将头发整体看作不可压缩的流体,欧拉法将流体划分为表现速度与密度的小栅格,在每个小栅格内进行速度计算;拉格朗日法处理其中每个质子的受力作用,两者进行有机结合进行质点速度计算及位置更新。实验表明利用本文的方法能实时高效地模拟动态的头发。

具备触觉反馈的实时绳子打结仿真

实现了实时绳子打结仿真。绳子使用刚性杆模型和FTL(FollowtheLeader)变形算法。碰撞处理算法将刚性杆当作圆柱体,使用AABB层次结构提高碰撞检测效率,可以处理绳子的自碰撞和绳子与其它刚体的碰撞,并通过设置临时接触约束实现等效摩擦力。通过碰撞簇的识别检测结的形成并在FTL算法中将结作为一个整体处理,确保结形成后可以在空间自由运动。图形绘制算法对刚性杆进行曲线插值以产生光滑的绳子效果。用户通过触觉反馈设备控制绳子的运动。反馈力根据绳子的张力和约束条件计算,并使用时间域上取平均的方法消除反馈力抖动现象。最后给出仿真程序的运行效果。

基于能量约束及高斯曲率的薄壳弹性膨胀变形

三维薄壳膨胀变形是VR/AR/MR关键技术之一,自碰撞和自相交是膨胀变形的主要问题。基于离散高斯曲率和弹性形变能量函数,提出无碰撞、无自交的薄壳弹性膨胀变形算法。在三维薄壳的离散网格上定义弹性形变能量函数的膜能和弯曲能,构造离散高斯曲率约束以避免膨胀过程产生自碰撞和自相交问题,通过Newmark-beta运动控制方程求解变形运动下一时刻薄壳顶点的位置和速度。实验结果表明,该算法能够有效避免自碰撞和自相交问题产生。