掘进机机器人的交互式基于物理的仿真
机器人学
2022-10-04 v1 图形学
摘要
掘进机（roadheader）是一种广泛应用于地下工程与采矿业的工程机器人。掘进机的交互式动力学仿真是无人挖掘与虚拟现实训练中的基础问题。然而，当前研究仅基于传统动画技术或商业游戏引擎。将计算机图形的实时物理仿真应用于掘进机机器人领域的研究甚少。本文旨在提出一种掘进机机器人的交互式基于物理的仿真系统。为此，提出了一种基于广义坐标的改进多体仿真方法。首先，我们的仿真方法基于广义坐标描述机器人动力学。与最先进方法相比，我们的方法更稳定且准确。数值仿真结果表明，在相同迭代次数下，我们的方法比游戏引擎误差显著更小。其次，我们采用辛欧拉积分器替代传统的四阶 Runge-Kutta（RK4）方法进行动力学迭代。与其他积分器相比，我们的方法在长期仿真中的能量漂移更稳定。测试结果表明，我们的系统实现了每秒 60 帧（fps）的实时交互性能。此外，我们提出了一种用于掘进机几何与机器人建模的模型格式以构建该系统。我们的掘进机交互式仿真系统满足了交互性、准确性与稳定性的要求。
引用
@article{arxiv.2206.15429,
title = {Interactive Physically-Based Simulation of Roadheader Robot},
author = {Shengzhe Hou and Xinming Lu and Wenli Gao and Shuai Jiang and Xingli Zhang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2206.15429},
year = {2022}
}