基于java3d虚拟现实技术机械臂运动仿真研究

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1、基于Java3D虚拟现实技术机械臂运动仿真研究第1章绪论1.1课题背景随着时代的进步与科技的发展，机器臂的应用越来越广泛，对它的研究也越来越受到工程技术人员的关注。当然，随着应用领域的不断扩大，它所承担任务的复杂性也不断增加，对它的要求也就越来越高。但是由于工作环境的复杂多变和当前智能技术的发展限制，目前并不能完全依靠它自主地完成某些任务，必须通过操利用遥操作设备来辅助实现对远端机械臂的控制。遥操作系统主要由信道接口子系统、模型仿真子系统、数据处理子系统、操作指令子系统、协调管理子系统五个子系统组成[3]。而模型仿真子系统是其中很重要的一个子系统，可以完成对机械臂的虚拟仿真和监控。

2、机器人仿真研究己成为机器人学中一个引人瞩目的领域，而机械臂三维运动仿真则是机器人仿真研究中很重要的部分。利用计算机仿真和虚拟现实技术，生成机械臂实体和相应仿真环境，在这个虚拟环境中进行试验和修改，进而验证机器人工作原理、轨迹规划及碰撞检测等，可以大大节省时间和成本，对机器人技术的开发有指导意义。1.2课题研究的目的与意义机械臂仿真研究对于模拟机械臂的空间运动、轨迹规划及碰撞检测等具有重要的指导意义。在研究方法上，自上世纪90年代以来，随着可视化技术的不断发展，可视化仿真技术得以应用于机械臂仿真系统中。而三维实体造型技术又促使可视化技术从简单、抽象的二维世界进入到真实的三维世界。通过

3、创建具有立体感、真实感的机械臂、工件和相应工作场景，逼真地模拟现实状况，进行机械臂的轨迹规划、碰撞检测，验证正、逆运动学，检验控制系统的可靠性等，从而对机械臂的运动有一个直观认识。随着仿真技术的进一步发展，人们希望有动态的界面及实时的人为控制。虚拟现实技术使之成为现实，其逼真性和实时交互性为系统仿真技术提供有力的支撑。它不仅提供逼真的三维物体，同时还能控制虚拟场景的动态变化，给人们以身临其境的感觉。所以，虚拟现实技术应用于机械臂仿真技术已成为极具发展潜力和应用前景的研究方向。在虚拟现实技术中，OpenGL和DirectX很难满足网络图形开发的需要，而Java3D基于OpenGL或D

4、irectX等底层API，结合Java优异的网络编程特性，既充分利用原有的三维硬件加速能力，又圆满地解决了网络、跨平台环境下的可视化问题。相比于也能进行Inter三维图形开发的VRML，其功能和可编程性更强，可以充分利用Java语言的强大功能，编写出复杂的跨平台运行的三维应用程序，还具有VRML所没有的形体碰撞检查等功能。因而，Java3D依靠其自身的诸多优势脱颖而出，成为新的幵发工具。第2章机械臂仿真系统的总体设计2.1仿真框架的建立MVC的工作原理是视阁(Vie:与Socket套接字不同的是，使用Datagram套接字实现的数据传输是基于UDP协议，它将数据传送的目的地址记录在

5、数据报中，直接在网络中进行传输，因而并不能保证数据能否安全完整发送到接收方。但是此种方式比使用Socket套接字传输的效率高。结论本文基于JavaSD虚拟现实技术建立了机械臂的三维运动仿真系统。本系统米用Java3D和VRML构建了仿真虚拟场景，并基于Java语言编程实现了对机械臂模型的多视免浏览、运动学仿真、轨迹规划仿真、碰撞检测等以及通过Java网络连接技术实现仿真系统的数据传输和网络功能的实现，最终实现基于Web的机械臂三维逼真复现。论文的主要研究工作概括如下：)采用标准的D-H建模方法，建立了机械臂的数学模型。对机械臂的正运动学进行了分析，并且通过矩阵逆乘法推导出了逆运动学

6、的封闭解析解，并通过仿真验证了推导过程的正确性。接着重点分析、比较了机械臂在关节交间巾的次多项和五次多项式轨迹规划方法。