基于ROS的码垛机器人运动仿真及轨迹规划中机器人仿真系统国内外现状（上）

1.2.2机器人仿真系统国内外现状
码垛机器人仿真系统是多学科交叉的产物，借助计算机工具实现对实际的机器人系统进行模拟仿真的技术，主要借助搭建的虚拟样机平台完成对理论算法和数据的验证，确定机器人的本体以及工作环境的动态变化过程。随着机器人制造技术以及计算机技术的快速发展，为了能够避免机器人实际样机在实验过程中可能产生的紧急事件，避免对样机产生损坏，减少软件工程师的工作量以及项目开支，加速了机器人仿真系统的产生。而且随着机器人功能的发展，仿真系统的功能也不断更进，为研究人员对机器人控制与运动规划提供了虚拟的样机平台以及可视化的操作平台。因此，机器人仿真系统平台对机器人技术的发展具有重要的意义，目前机器人仿真系统软件主要有如下4种:

(1)基于Adams和Matlab平台联合仿真Adams通过交互式图形环境的应用以及多种工具库的支持，构建机器人的虚拟样机，进行机器人运动学、静力学和动力学仿真，可以使机器人按照设定的驱动函数进行相应的运动与分析。借助于Matlab数值分析、矩阵计算等功能，可以对实验得到的数据结果进行分析与处理，其中的Simulink部分，可以在视窗环境下，完成非线性动态系统的建模与仿真等功能。哈尔滨工业大学的刘守斌等人基于机械系统动力学分析软件Adams以及Simulink在机器人仿真上的应用，对自平衡机器人进行联合仿真，通过建立虚拟样机以及控制系统模型，从而根据仿真结果，完成机器人动态特性的分析。
(2)微软机器人开发平台MRDS C Microsoft Robotics Studios，是基于Windows平台的机器人仿真系统平台，可以与诸多各类的硬件一起实现机器人应用，提供了完备的仿真和图形化开发环境，具有拓展性好、轻量级实时定向服务等特点，支持多种编程语言接口，便于编程开发者使用，而且可以创建真实的三维效果的仿真环境以及提供了可视化的界面使得开发者更直观的了解机器人的运动变化过程与控制过程，越来越多的机器人设备厂商宣布支持MSRS，包括德国KUKA公司、乐高(Lego)等。
(3) OpenGL(Open Graphics Library)，作为一种高性能的图形处理系统，独立于操作系统与标准视窗，可以在不同的平台实现相互移植。许多研究者基于OpenGL开发建立自己的机器人仿真系统，通过设计机器人应用接口的方法实现机器人不能的功能模块需求，例如运动控制模块、轨迹规划模块等，从而提高机器人的研发进度以及开发不同的功能模块实现机器人的个性化配置，但是功能模块程序设计需要专业的编程知识以及程序开发时间长，维护困难，工作量大差的缺点。田华英等以OpenGL图形库为基础，通过开发工具Java 3D，对自重构机器人构建三维可视化的仿真平台，实现了算法仿真以及在仿真界面将三维运动过程交互式的呈现，并且通过仿真实例验证该平台的可行性。熊国辉通过建立6自由度机器人的数学模型，在VisualC++环境下构建实时控制平台，借助于用OpenGL图形库建立了机器人仿真模型用于对机器人运动的实时显示，通过仿真J陛能测试，减少了码垛机器人研发时间以及降低开发成本。