多关节动画技术研究及蛇形机器人的动画仿真

KevinUnani

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2022-5-22 22:45 上传

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利用计算机动画技术对蛇形机器人的运动进行模拟，是深入研究蛇形机器人的运动机理和实现虚拟控制的有效方法之一。基于北京航空航天大学机器人研究所的蛇形机器人SolidSnake II的特殊结构，通过对各种动画技术进行研究，本文采用关节动画技术较好地实现了对蛇形机器人各种运动方式的动画模拟。通过对蛇形机器人的实际结构及运动机理进行分析，蛇形机器人在虚拟环境中的动画模型被简化成系列关节链结构，并以曲线拟合的方式获取运动数据，从而大大提高了运动模拟的速度。本文采用正向关节动画技术，实现了对蛇形机器人的蠕动、游动、抬头、侧滚等运动姿态的动画模拟。在具有约束物体的虚拟环境中，本文提出了正逆向相结合的关节动画算法。通过指定蛇形机器人末端关节的位置和姿态，利用对运动学方程的逆向求解，由计算机自动计算出中间关节变量的参数值。为提高求解的准确性以及计算的速度，本文自行设计了“将上一帧运动姿态的关节参数作为当次运动的参考数据”的算法，快速实现了对蛇形机器人在二维平面内自主避障运动的动画模拟。针对蛇形机器人的计算机建模，末端关节位置和方向的确定、以及关节链的建立方法等关键问题，本文进行了具体的分析并提出了有效的解决方案。本文使用Visual C++结合OpenGL开发了蛇形机器人运动模拟软件的基本框架和一系列功能，达到了课题的预期目标。