面向教育机器人的物理仿真系统的设计与实现

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机器人研究和学习集合了多种高新科技技术,涉及多个学科的前沿领域技术,并随着机器人研究和学习的迅速发展,以机器人为学习对象的教育机器人平台已经在国内外发展迅速。从初级机器人认知、中级机器人的拼装搭建到高级机器人编程设计完成特定目标,教育机器人现在已经有了长足的发展。教育机器人能够使中小学生及早的接触到高新科技,了解和激发学生对各个学科领域的兴趣,有助于提高学生的创新能力和动手能力。随着国内外对机器人领域研究的不断深入,作为研究工具之一的机器人仿真系统以其便捷简易的特点,越来越为研究与学习人员所认可。通过机器人仿真系统来研究和学习机器人的各种性能和特点,已经成为机器人研究与学习的主要方法之一。在机器人平台研究迅速发展的同时,教育机器人平台也得到了充足的发展。根据基于零件拼装的教育机器人产品为依托,本文建立了一款面向中小学生教学和竞赛的教育机器人仿真平台。教育机器人仿真平台根据实际的机器人特点和教学要求,分为三个部分:机器人拼装模块、机器人编程控制模块以及机器人仿真模块。本文的主要工作是对机器人仿真模块进行设计和实现。本文在Java编程环境下使用AWT(AbstractWindowing Toolkit)框架来搭建友好的用户界面,使用OpenGL技术实现仿真场景的绘制,使用开源物理引擎ODE(Open Dynamics Engine)来对机器人零件和模型进行建模工作,并提供了电机马达动力学设计方法,完成了多种传感器的仿真功能,使用仿真控制模块对机器人程序进行解读和执行,完成教育机器人的仿真。在实际运行中,机器人平台能够发挥其教育作用,提高学生对教育机器人的热情和认知,并在实物机器人数量不足的情况下对机器人操作进行熟悉。同时教育机器人平台能够按照真实的物理情况进行仿真,并准确反馈数据,具有较高的可操控性和实用价值。
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