基于VRML的机器人空间连续轨迹运动仿真
基于VRML的空间并联机器人运动仿真优化
基于VRML的空间并联机器人运动仿真优化
贾庆浩;李啸隽;刘林
【期刊名称】《图学学报》
【年(卷),期】2012(033)006
【摘要】虚拟现实技术(VRML)经常被运用于机器人仿真,针对传统的并联机器人运动学反解运算量大所引发的仿真系统效率问题,采用VRML的IndexedLineSet 节点,通过负载平台的运动学参数动态更新IndexedLineSet节点,并以该节点为基础解出导杆的位姿.通过JavaScript与VRML交互编程实现了6自由度机器人的运动仿真.结果证明,优化后的系统仿真效率相比于传统的方法有很大的提升.
【总页数】5页(P93-97)
【作者】贾庆浩;李啸隽;刘林
【作者单位】华南理工大学设计学院,广东广州510640;华南理工大学设计学院,广东广州510640;华南理工大学设计学院,广东广州510640
【正文语种】中文
【中图分类】TP242.2
【相关文献】
1.基于VRML的空间并联机器人运动仿真优化 [J], 贾庆浩;李啸隽;刘林
2.基于约束机构的并联机器人工作空间分析及优化 [J], 郭建烨; 刘明哲; 史家顺; 王运江
3.基于约束机构的并联机器人工作空间分析及优化 [J], 郭建烨; 刘明哲; 史家顺; 王运江
4.基于工作空间的踝关节康复广义球面并联机器人运动学参数优化 [J], 刘秀莹;张建军;刘承磊;牛建业;戚开诚;郭士杰
5.基于VRML的机器人空间连续轨迹运动仿真 [J], 赵伟华;王勇;王宪伦
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VR虚拟人动画
虚拟现实仿真中的动画技术
（3）动力学中的控制问题 与运动学相比，动力学方法能生成更复杂更逼真的运动，而且需要指定的
参数较少，但是计算量很大，而且难以控制。 动力学方法的一个重要问题是对运动的控制。若没有有效的控制，用户就
必须提供力和力矩这样的控制指令，这几乎是不可能的。 一种方法是预处理法，把所需的约束和控制转换成适当的力和力矩，然后
脸部运动的仿真研究
脸部运动的仿真研究
根据初始输入数据的不同，目前人脸建模大致分为基于空间 三维散乱点的建模方法和基于图像的建模方法。
基于空间三维散乱点的建模方法一般直接使用相关的硬件装 置采集真实人脸数据进行三维重建。虽然能够快速地获取到 人脸的几何信息，但由于硬件成本比较昂贵使得该类建模方 法的应用范围受到限制。
人体运动的仿真研究
MultiGen Creator建立的人体 模型
人体运动的仿真研究
MultiGen Creator建立的人体 模型
人体运动的仿真研究
虚拟人运动仿真的实现方法
❖ 参数关键帧技术； ❖ 过程建模方法； ❖ 运动学； ❖ 动力学； ❖传感器运动捕捉法 。
人体运动的仿真研究
虚拟人运动仿真的实现方法
▪ 信号捕捉设备 负责捕捉、识别传感器的信号。 ▪ 数据传输设备 负责将运动数据从信号捕捉设备快速准确地
传送到计算机系统。 ▪ 数据处理设备 负责处理系统捕捉到的原始信号，计算传感
器的运动轨迹，对数据进行修正、处理，并与三维角色模 型相结合。
人体运动的仿真研究
❖ 运动学； ❖ 逆向运动学是一种常用的人体仿真方法，在已知运动
❖ 参数关键帧技术 ❖ 关键帧的概念来源于传统的卡通片制作。在早期
Walt Disney的制作室中，熟练的动画师负责设计卡 通片中的关键画面，即所谓的关键帧，然后由助理 动画师设计中间帧。在三维计算机动画中，中间帧 的生成由计算机来完成，插值代替了设计中间帧的 动画师。所有影响画面图像的参数都可成为关键帧 的参数，如位置、旋转角、纹理的参数等。关键帧 技术是实现计算机人体仿真最基本的方法，它被认 为是一种直接的正向运动学方法 。
基于VRML的机械零部件运动仿真
Ｒｅｅ ｅ 、 ｅ ｔｍｂ ｒ ２ ０ ｒｖ ｓｄ １ ｔ ｝ ｅ ０ ５ ａ ｃｐ ｅ ０ Ｎ‘ ｌ ・ ０ ５ ｃ ｈ ｄ ２ Ｓ ｐ ｅ ｅ ０ ５ ｅ ｉ ８ Ｎｏ ｔｂ ｒ ２ ０ ｃｅ ｔｄ ２ ｙ ｎ ｜Ｘ等转换 工具 中的 Ｖ ＲＭＩ输 出接 口生成 ＷＲＩ 文件 ， 然后编辑 ＷＲＩ 文件 ， 实现 虚拟机械零部件 的运动仿真 效 以
果 ， 而 达 到 了解机 械 零 部件 结 构 、 从 实体 形 状 和 运 动 特 征 的 目的 。
关键词 ： 虚拟现 实； 虚拟现 实建模语言 ； 机械零部件 ； 仿 真 中图分类号 ： ３ １９ ＴＰ ９ 文献标识码 ： Ａ
Ｋｉ ｅ ｔ ｉ ｕａ ｉｎ ｏ ａ ｈ ｎ ａ ｔ ｓ ｄ Ｏ ｌ ｎ ｍａ ｉ Ｓ ｍ ｌ ｔ ｆＭ ｃ ｉｅ Ｐ ｒｓＢａ ｅ ｉ ＶＲＭ Ｌ ｃ ｏ
ＬＩＨａ ．Ｚ ｏ ＨＡＮ（ Ｙａ ｎ （ ｃ ｘ ， ｚ“ ｎ ” ｚ ＿ ，Ｅ ｇｎ ｅｉｇ， ｉ ｎ ｎ ｎ ｚｒｉ ， ｅ ｏ ｕ ＆ Ｃ ｉ ｛ ｌ Ｓ ｔ ｄｆ （ 卢 ｒ ｄ（） ” “ “ ｎ ｉｅｒ ｕ ） ａ ， ［ ￡ ｎ Ｌａ ｉ Ｕ ｉ ｓ ｙ ’ ｔ ｌ ｍ ｏ ｇ ￣ ｔ Ｐ ｒｅ Ｔ ｍｉ ｅ ａ
维普资讯
第 ２ 卷第 １ ６ 期
２｛ ０ ６年 ３月 ｝
辽 宁
油 化 Ｔ 人 学 学 报
Ⅵ ． ６ Ｎ ｌ １２ ｏ
Ｍａ ２ ｛ ｒ ０６ ｝
Ｊ ＲＮ Ｌ ＯＦ Ｌ Ａ ＯＵ Ａ ＂ Ｉ ０ＮＩ （ Ｎ ＵＮＩ Ｅ Ｓ Ｙ ＯＦ Ｐ Ｔ （Ｌ Ｕ ＆ Ｃ Ｆ Ｉ ＡＬ Ｔ Ｃ ＯＩ Ｘ Ｙ Ｖ Ｒ Ｈ、 Ｅ Ｒ ） Ｅ Ｍ Ｈ Ｍ （ Ｅ ＨＮ Ｘ ； 、
VRML实现三维机器人仿真模拟
Ｂｏｔ ｍ Ｒ ｄｕ １ ０ ＳＦ Ｉａ ｔｏ ａ ｉｓ ． Ｆｏ ｔ
Ｈ ｉｈ ｅｇ ｔ
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三 、造 型 设 计
１ ．定 义 原 型
在构造三维 实体 过程中 ，有很多造型部分的程序实现需要 用到相 同的造 型节点。为简化设计的工作量 ，可 以为重复使用
面体造型 ；四肢 町细分 为上肢 和下肢 。该 机器人造型的结构设
计 简 图如 图 １ 示 。 所
率较高 的造型建立 （ 或定义 ）原 型。Ｖ ＭＬ中，可使用 Ｐ Ｏ Ｏ Ｒ Ｒ Ｔ
维仿 真造 型 的 实现 方 法。
关键 词 虚拟 现 实 ，机 器人 ，三 维仿 真 ，造 型
一
、
刖 置
Ｖ ＭＬ （ ｉｕ ｌ ｅｌｙ ｏ ｅ ｎ Ｌ ｎｕｇ ，虚 拟 现 实 建 模 语 Ｒ Ｖｒ ａＲ ａｉ ｄｌ ｇ ａｇ ａｅ ｔ ｔＭ ｉ
言 ）是 诞 生 于 二 十世 纪 九 十 年代 的 一 种 三 维 造 型 和 渲 染 的 图形
１ ．总体分析
对 于机器人 实体 的 Ｖ Ｍ Ｒ Ｌ三 维 仿 真 模 拟 工 作 ，其 首 要 任
（ ）四肢造型 中 ，２ 上肢 可视为圆柱体造型和球体造型 ３ 个 的组合 （ １中 Ｐ 图 ３和 Ｐ ４所示） ；下肢则是 ２个立方体造 型的
组 合 （ １中 Ｐ 图 ６和 Ｐ ７所 示 ） 。 这 部 分 造 型 涉 及 的 节 点 为
定义原型 ，Ｐ Ｏ Ｏ的语 法结构如下 ： ＲＴ
Ｐ ＯＴ Ｒ Ｏ原 型 名 称 ｆ ． 数据类型定义 １ 节 点体 、 在 机 器 人 的三 维 造 型 中 ，较 重 要 的 、需 要 定 义 原 型 的有 ４
基于VRML_JAVA的机器人运动仿真研究_杨雨标
在建模 的时 候并 非就 是按 装 配后的形态建立模型 , 装 配中 形体必定经过平移 、旋转 等过
文章编号 :1003-8728(2003)01-0120-03
杨雨标
基于 V RM L-JAVA 的机器人运动仿真研究
杨雨标 , 何汉武
(广东工业 大学 机电学院 , 广州 510090)
摘 要 :随着微机性能的提高 , 虚拟现实仿真 已能在 微机上 进行 。 本 文对运用 V RM L-JAVA 技 术在微 机上进行 机 器人运动仿真进行了研究 , 提出了运用 CAD 软件造型来构造虚拟环境 , 然后 用 JA VA-EAI 接口控制 虚拟机器 人运 动的方法 , 在此基础上对 S700 工业机器人进行了建模和运动 仿真 。 结果表 明在微机上 实现一个 跨平台 、网络化 的 仿真平台是完全可行的 , 这样的系统将可 应用于机器人离线规划和编程及可视化教学等领域 。 关 键 词 :机器人 ;仿真 ;V RM L ;JA VA 中图分类号 :TP242 +.2 文献标识码 :A
DO I :10.13433/j .cnki .1003 -8728.2004.01.038 第 23 卷 第 1 期 机 械 科 学 与 技 术 Vol.23 No .1 2004 年 1 月 M ECHAN ICA L SCI EN CE AN D T ECHNO LOG Y January 2004
好。 本文利用 EA I 技术来实现机器人运动的虚拟现实仿真 。
2 机器人的三维虚拟环境建模和仿真 V RM L 的 W RL 文 件
格式 是一 种 A SCII 文件 , 通过 一 般 的 文 件 编 辑 器
就能 编 写 V RM L 场 景 。 但是 复 杂 的 形 体 和 大 型
基于SIMULINK和VRML的一种简易仿真方法
第5卷 第8期 中 国 水 运 Vol.5 No.8 2007年 8月 China Water Transport August 2007收稿日期：2007-6-28作者简介：陈 宇 男（1983-） 武汉理工大学 交通学院硕士研究生 （430063） 研究方向：船舶与海洋结构物设计制造基于SIMULINK 和VRML 的一种简易仿真方法陈 宇 郑绍春摘 要：本文提出了一种简易的虚拟现实仿真方法。
主要是利用MATLAB 作为计算平台，通过结合SIMULINK 仿真工具，对建立的虚拟现实标记语言VRML 模型实现仿真。
并通过一个四连杆机构的运动仿真实例说明该方法的仿真思路。
关键词：SIMULINK VRML 四连杆机构中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2007）08-0145-02一、仿真的思路方法描述首先对真实的物理模型进行抽象、简化、分析得出机械的运动计算模型，利用MATLAB 强大的计算功能进行模型的运动计算。
同时对真实的机械利用VRML 进行实体建模（可以是机械原型，也可以是简化了的点线面抽象模型）。
然后再把机械模型和计算模型利用SIMULINK 的模块连接起来构建成整个仿真模型，输出仿真结果。
二、仿真方法的特点基于SIMULINK 与VRML 的仿真方法，与现行的仿真方法相比有如下特点：1．计算仿真与运动仿真的无缝结合利用MATLAB 的平台，所有的仿真计算都可以编程实现，而且计算结果可以很好的传递到SIMULINK 的仿真模型中，可以不需要转换就直接反映在模型之中。
因此数据不需要在异构软件中传递，就节省了大量的数据接口程序的编写工作，大大提高了仿真的效率。
2．仿真功能的全面，移植性通用性好目前很多的建模软件都已经集成了运动仿真的模块，譬如Solid work 的animator 插件以及Cosmos motion 插件等，实现了一部分的仿真功能，但是对于一些特殊复杂的模型，常规的仿真项目是远远不够的，有很多特殊的仿真项目，因此在利用该方法仿真的时候，势必不能全面的实现整个模型的所有仿真，还是要通过脚本，宏，或者二次开发新的模块来实现更多的仿真功能。
基于Matlab和VR技术的移动机器人建模及仿真
文章编号:100422261(2004)0120039204基于Matlab 和VR 技术的移动机器人建模及仿真Ξ葛为民1,2,曹作良2,彭商贤1(1.天津大学机械工程学院,天津300072;2.天津理工学院机械工程学院,天津300191)摘 要:利用Matlab 建立移动机器人的动力学模型,在虚拟现实(VR )环境下,实时仿真移动机器人路径跟踪的运动特性,为基于Internet 的机器人遥操作试验搭建了仿真平台.实验结果表明,虚拟模型准确地模拟了真实移动机器人的动力学特征;通过对模型的参数修改,为实现对真实机器人的最优控制和设计提供了可信的参考方案.关键词:Matlab ;虚拟现实;移动机器人;遥操作中图分类号:TP242.2 文献标识码:ADynamic modeling and simulation of mobilerobot based on matlab and VR technologyGE Wei 2min 1,2,C AO Zuo 2liang 2,PE NG Shang 2xian 1(1.School of Mechanical Eng.,T ianjin University ,T ianjin 300072,China ;2.School of Mechanical Eng.,T ianjin Institute of T echnology ,T ianjin 300191,China )Abstract :This paper proposes an approach that develops a dynam ic m odel of a m obile robot taking advantage of the M atlab.M eantime ,in a developed virtual reality environment ,the built m odel simulates the m otion of path tracking and obstacle av oidance.Furtherm ore ,it provides a platformfor experiments of m obile robot teleoperation.The experi 2mental results approve that ,the virtual m odel represents the dynam ic properties of real robot accurately and ,w ith the change of parameters of the virtual m odel ,it helps to find out the optim ization methods of controlling and designing the m obile robot indeed.K eyw ords :M atlab ;virtual reality ;m obile robot ;teleoperation 在当今工业现代化的高速发展时期,特别是自动化设备在各个领域的广泛应用,移动机器人(AG V )的应用越来越显示出它的重要性和优越性.AG V 的重要特征是它的可移动性,对这种可移动性的控制是AG V 研制的核心问题.课题组研制的T UT -1型AG V 采用3种传感器(磁导航传感器、CC D 摄像机、超声波传感器)跟踪磁条来对AG V 进行引导和避障,经过这3种传感器的信息融合,测算出AG V 的位置和运动方向作为反馈与给定的运动状态进行比较,来调整AG V 下一步的运动[1]. 在天津市自然科学基金的资助下,课题组利用T UT -1这个平台开展基于Internet 的AG V 遥操作系统的研究.为模拟AG V 的运动特性,利用Matlab 进行AG V 的动力学建模.同时,在虚拟现实环境下,利用Matlab 模型仿真AG V 的路径跟踪,研究和探索AG V 最优的控制和配置方案.1 实验和建模过程 如图1所示,T UT -1移动机器人在室内进行导航和避障的实验[2].AG V 通过磁导航传感器和CC D 摄像机跟踪磁条引导前进,当AG V 接近墙壁时,通过超声传感器引导.AG V 将实时采集到的磁条位置信息作为反馈,与给定的磁条标准位置信息进行比较来调整Ξ收稿日期:2003212225 基金项目:天津市自然科学基金资助项目(023615011) 第一作者:葛为民(1968— ),男,讲师,博士研究生 第20卷第1期2004年3月天 津 理 工 学 院 学 报JOURNA L OF TIAN JIN INSTITUTE OF TECHN OLOG Y V ol.20N o.1Mar.2004AG V 下一步的运动,达到实时控制AG V 跟踪磁条的目的.图1 TUT 21移动机器人Fig.1 TUT 21mobile robot 在仿真环境下,利用虚拟现实(VirtualReality )建模工具W orldUp 构建了AG V 运行的虚拟仿真环境场景,基于Matlab 构建AG V 仿真模型,通过模拟AG V 的动力学特性,来模拟AG V 的运动特行,通过在线修改虚拟AG V 的特性参数,来研究控制AG V 运动的最佳方案. 图2为AG V 车体结构简图[3].图2 车体结构简图Fig.2 Sketch of AGV body structure AG V 两后轮为驱动轮,分别由两台电机驱动,每台电机与后轮各构成一个速度闭环,为恒速输出.在工作载荷内,调节两电机的输入电压即可调节两后轮的转速;AG V 两前轮为随动轮,仅起到支撑车体的作用而无导向作用. 仿真算法原理是比较每一时刻AG V 所在位置的坐标值和终止坐标点的差别来计算处理两个坐标点之间的x 、y 值之间的误差,以当前AG V 姿态角和终止位置姿态角的差值作为输入量,来计算下一步AG V 的位移,也就是输出下一步AG V 到达的坐标和姿态角,从而控制AG V 向终点行进. 图3为AG V 运动学建模流程图.图3 AGV 动力学模型流程图Fig.3 F low ch art of the AGV dyamics model 现就其中的主要模块建模过程介绍如下[4]: 1)误差计算模块:本模块的作用是进行误差计算,通过比较机器人所在坐标点和终止坐标点的差别来计算处理两个坐标点之间的xy 值的误差和角度误差本模块接收5个信号(初始点的xy 坐标值,终止点的xy 坐标值,和角度值),输出两个信号(坐标值误差,角度误差). 初始点的y 坐标值与终止点的y 坐标值通过sum 模块进行求和运算,算出两个坐标值的差值,同时终止点的y 坐标值通过g oto 模块传出,同样的,对两个x 坐标值进行计算,求出差值.把计算出来的y 坐标值的差值与x 坐标值的差值通过T rig onometry 模块求出两值相除所得数的反正切函数,也就是求出倾斜角的弧度,所得值通过gain 模块与-1相乘,再通过sum 模块与角度值求出差值,所得差值通过Abs 模块求出绝对值,然后和π值比较(Relational operator 模块,如果满足条件,返回值为1),如果小于或等于π值,则直接与差值相乘,如果大于π值,则乘以2π然后和差值的绝对值相减,然后再与差值通过sign 模块所得的值相乘,最后两值相加,即为角度值的误差值. 2)PI D 控制模块:误差计算模块输出两个信号・04・天 津 理 工 学 院 学 报 第20卷 第1期 thetaError 和xyError ,两个信号分别通过PI D 控制模块,通过闭环回路控制,分别得出DeltaU 和Uavg ,计算公式为: theta-gain =theta-gain-pr 3theta-error (t -1)+theta-gain -int 3tinc 3sum (theta-error )+(theta-gain-der/tinc )3theta-error (t -1); y-gain =y -gain-pro 3y-error (t -1)+y-gain-int 3tinc 3sum (y -error )+(y-gain-der/tinc )3y -error (t -1); M ove-U (t -1)=theta-gain 3theta-gain-mult +y-gain 3y-gain-mult ; Delta-U (t -1)=sign (M ove-U (t -1))3in (abs (M ove-U (t -1)),23Max-M otor-V oltage ); U (t -1)=(23Max-M otor-V oltage -abs (Delta-U (t -1)))/2; 图4为PI D 控制在Matlab/Simulink下的仿真结构图.图4 PI D 控制模块仿真结构图Fig.4 Diagram of PI D simulation structure 3)扭矩计算模块:此模块用于计算AG V 轮子的扭矩,输入参数为“步进转速模块”的输出量、电动机本身的性能参数和减速器的传动比来算出扭矩,公式如下: Mn2(t -1)=G earbox-Ratio 3(K a 3U2(t -1)-K b 3omega-d2(t -1)); Mn1(t -1)=G earbox-Ratio 3(K a 3U1(t -1)-K b 3omega-d1(t -1)); 图5为扭矩计算在Matlab/Simulink 下的仿真模型结构图. 4)线性移动计算模块:此模块利用AG V 的物理参数,重量、轮子半径、轮子和地面摩擦力和在3)中输出的扭矩计算AG V 的速度和加速度.计算公式为: Accel-veh (t )=(Mn2(t -1)+Mn1(t -1)-23Front-Wheel-Friction (t -1)3Wheel-Radius )/(Mass-veh 3Wheel-Radius ); Vel-veh (t )=Vel-veh (t -1)+Accel-veh (t -1)3tinc ; Disp-veh (t )=Vel-veh (t )3tinc +0.53Accel-veh (t-1)3tinc^2; 图6为AG V 线性移动在Matlab/Simulink 下的仿真结构图.图5 扭矩计算模块仿真结构图Fig.5 Diagram of torque calc simulation structure图6 线性移动模块仿真结构图Fig.6 Diagram of linear motion calc simulation2 仿真运行 仿真系统运行环境为操作系统Windows2000Serv 2er ,虚拟现实插件为Micros oft VRM L Viewer 2.0,仿真建模和科学计算软件为Matlab Release13(Matlab V6.5/Simulink V5.0),运行界面见图7. 为检验虚拟AG V 的运行情况,现将磁条的位置坐标建立数据库,输入模型中作为路径跟踪的基准,用图形同时输出磁条路径和虚拟AG V 跟踪磁条运行的轨迹,用以直观比较.图8为经过一个周期运转后的轨迹图,左图为磁条基准路径,右图为虚拟AG V 的运行轨迹.・14・ 2004年3月 葛为民,等:基于Matlab 和VR 技术的移动机器人建模及仿真图7 仿真运行界面Fig.7 I nterface ofsimulation(a)(b )图8 基准路径和跟踪路径的比较Fig.8 Comp arison of the stand ardp ath and tracking p ath3 结 论 从图8的(b )图中可以看出,虚拟AG V 模型的运动轨迹基本上与(a )图的磁条轨迹相吻合,证明AG V 建模算法准确,参数选择合理,可以按照此参数配置修改真实AG V 属性各项指标,达到最优轨迹跟踪控制. 总之,利用Matlab 在虚拟现实环境下构建AG V 虚拟模型,达到了以下设计目标: 1)完成了真实AG V 与虚拟AG V 的匹配,真实反映了AG V 的运动学和动力学特征,为对AG V 的遥操作奠定了实现基础; 2)通过在线修改虚拟AG V 参数,快速检验对AG V的控制策略和最优配置的影响,同时减少了修改真实样机时间的延迟,降低了修改配置真实样机的费用.如AG V 的载荷问题,速度改变问题,传动比改变问题等造成的控制稳定性. 3)基于虚拟现实的仿真平台,由于VRM L 文件的特殊性,利于在Internet 上的运行分布式控制,故本仿真平台为基于Internet 的AG V 的遥操作进行了有益的尝试.参 考 文 献:[1] Weimin G e ,Zuolian Cao ,Shangxian Peng.Web -based teler 2obotics system in virtual reality environment [A].Proceedings of the SPIE Intelligent R obots and C om puter Vision C on ference [C].US A :SPIE Oct ,2003.[2] Weimin G e ,Zuoliang Cao ,Shangxian Peng.A T elerobotic Sys 2tem Based on Virtual Reality T echnique [A ].Proceedings of Virtual Reality Application in Industry [C ].US A :SPIE ,Oct ,2003.[3] 赵新华,曹作良.可移动机器人的运动学模型与控制原理[J ].机器人,1994,16(4):215—218.[4] 王沫然.S imulink 4建模及动态仿真[M].北京:电子工业出版社,2002.・24・天 津 理 工 学 院 学 报 第20卷 第1期 。
基于VRML-JAVA的机器人运动仿真
基于VRML-JAVA的机器人运动仿真马壮【期刊名称】《机床与液压》【年(卷),期】2012(40)12【摘要】利用VRML-JAVA技术完成了对虚拟机器手臂控制系统的建立,以及模型与程序间的参数传递工作.进行了虚拟机器手臂的仿真研究,对虚拟机器人控制技术的应用和推广具有一定的研究价值.%This paper studied the control systems,modulation and procedures of the parameter translation for a virtual robot' s arm by using Virtual Reality technology through VRML-JAVA.The control of motion simulation for the robot' s arm has been preliminarily performed in present paper.The simulation results showed that the present research is a significant reference for the real application of robots virtual technology.【总页数】4页(P75-78)【作者】马壮【作者单位】唐山学院信息工程系,河北唐山063000【正文语种】中文【中图分类】TP242【相关文献】1.基于VRML-JAVA的机器人运动仿真研究 [J], 杨雨标;何汉武2.基于Solidworks的搬运机器人拾取机构的运动仿真与分析 [J], 周登攀3.基于Solidworks的搬运机器人拾取机构的运动仿真与分析 [J], 周登攀4.基于Coppeliasim与MATLAB的机器人建模与运动仿真 [J], 李杨;张华良;王军5.基于坐标系偏移的机器人运动学分析及运动仿真 [J], 徐舟因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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图 1 仿真模型 Fig . 1 Simulating model
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逆运动学采用文献 5 的推导方法求解, 这种
2 仿真方法
2. 1 VRML 与 Java 的接口
方法避免了大量的矩阵逆乘 , 求解简单 . 为了简化计 算, 只讨论前 3 个自由度 , 总共得到 4 组解 . 这 4 组 解并非都满足在工作 空间范围内或满足运动 的要
10
山
东
大
学
学
报
(工
学
版)
第 37 卷
求. 因此只取在规定关节角范围内与精确目标位置 误差最小的 1 组关节角的解 . 采用的 Puma 机器人的 连杆参数见表 1.
表 1 连杆参数 Table 1 Link parameters a i mm d i mm 关节变量范围 (!) i mm - 90 0 90 - 90 90 0 0 500 20 0 0 0 0 150 0 500 0 0 - 160~ 160 - 225~ 45 - 45~ 225 - 110~ 170 - 100~ 100 - 266~ 266
三维虚拟仿真研 究则较少 .ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ王攀峰等通过 对 Solid
0 引言
机器人运动仿真一直是机器人研究中的一个重 要领域. VRML 可以方便地建立机器人、 工件模型和 虚拟工作环境. VRML 是基于网络的建模语言, 而控 制模型运动的 Java 支持跨平 台和网络编程 . VRML 与 Java 结合, 易于实现远程控制和网络遥操作, 且 比现行的 VC+ + 调用 OpenGL 或 DirectX 库函数仿真 方法简单. 目前针对于远程控制和遥操作的平台创 建研究比较多 , 而结合工件模型进行加工操作的
China)
Abstract: A 3D robotic model was established by use of VRML ( Virtual Reality Modeling Language) and 3DMAX. By the external authoring interface ( EAI) interaction between Java and VRML, the kinematics, in verse kinemat ics and the continuous path ( CP) movement of the robot were simulated. As the CP movement of the robot was simulated, the 3D model of workpiece was first established to extract the edge information. The robot can realize space cont inuous path movement along the workpiece contour simulating the deburring and finishing process. The method based on the 6 DOF robot can be applied in robots with any degrees of freedom. Key words: robot ; virtual reality; continuous path
赵伟华, 王
( 山东大学 机械工程学院 ,
勇, 王宪伦
山东 济南 250061)
摘要 : 以虚拟现实建模语言 VRML( Virtual Reality Modeling Language) 辅以 3DMAX 作为建模工具 , 建立了机器人的三 维模型 . 利用 Java 与虚拟现实建模语言之间外部编程方式的交互 , 实 现了机器人正运动学 、 逆运动 学及连续 轨迹 运动仿真 . 当进行连续轨迹运动仿真时 , 建立工件的三维 模型 , 提取工件棱边信息 , 机器人可以实现沿着工 件轮 廓的三维运动 , 模拟去除工件毛刺 、 进行光整加工的过程 . 仿真以六自 由度机器 人作为仿真 对象 , 但具有很 强的 适应性 . 关键词 : 机器人 ; 虚拟现实 ; 连续轨迹 中图分类号 : TP391. 9; TP242 文献 标识码 : A
轨迹运动 .
关节 i 1 2 3 4 5 6
i
( !) 90 0 90 0 0 0
图 3 图形用户界面 Fig. 3 Figure user interface
在建立的 Puma 机器人基坐标系 下, 机器人手 臂在地面以上- 720< z , 同时满足关节角限制, 工作 空间满足式( 2) ~ ( 6) . z < a2 + d4 , | y | < a2 + d4 , - ( a2 + d 4 ) cos 20!+ 3 cos20 !< x , x < a2 + d 4 , y + z < ( a2 + d 4 ) + a 3 . 2. 3 轨迹的获得 由 Proe 软件制造模式获得工件轮廓轨迹, 进而 得到 G 代码, 由 Java 编程对 G 代码解析提取轨迹的 离散点 , 经过机器人逆运动学算法得到各个关节角 数值, 然后传到 VRML 中各关节所包含的 Orientation Interpolator 节点中 key, keyValue 域值, 实现连续轨迹 的运动仿真 . 在解析 G 代码时 , 由于 Proe 铣削中的 z 坐标轴必须与铣削面的法线方向平行, 这与 VRML 中 自建的机器人坐标系不同 , 需要进行坐标的转换.
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获得浏览器 brows= Browser. getBrowser( this) ; 访问节点 Arm1= browser. getNode( ∀ Arm1# ) ; Arm6= browser. getNode( ∀ Arm6# ) ; Arm1- Path= browser. getNode( ∀ Arm1- Path# ) ; Arm6- Path= browser. getNode( ∀ Arm6- Path# ) ; TS1= browser. getNode( ∀ TS1# ) ; TS6= browser. getNode( ∀ TS6# ) ; Workpiece= browser. getNode( ∀ Workpiece#) ; ∃∃ 得到 EventIn 事件 set- key1= ( EventInMFFloat) Arm1- Path. getEventIn( ∀ key #) ; set- key6= ( EventInMFFloat) Arm6- Path. getEventIn( ∀ key #) ; set- keyValue1= ( EventInMFRotation) Arm1- Path. getEventIn( ∀ keyValue# ) ; set- keyValue6= ( EventInMFRotation) Arm6- Path. getEventIn( ∀ keyValue# ) ; set- loop1= ( EventInSFBool) TS1. getEventIn( ∀ loop# ) ; set- loop6= ( EventInSFBool) TS6. getEventIn( ∀ loop# ) ; set- enabled1= ( EventInSFBool) TS1. getEventIn( ∀ enabled# ) ; set- enabled6= ( EventInSFBool) TS6. getEventIn( ∀ enabled# ) ; 发送 EventOut 事件 get- rotation1= ( EventOutSFRotation) Arm1. getEventOut( ∀ rotation# ) ; get- rotation6= ( EventOutSFRotation) Arm6. getEventOut( ∀ rotation# ) ;
Space continuous path kinematic simulation of a robot based on VRML
ZHAO Wei hua, WANG Yong, WANG Xian lun ( School of Mechanical Engineering, Shandong University, Jinan 250061,
VRML 虚拟 空间与 外部世 界的 通信有 个接 口 EAI, 它定义了针对 VRML 浏览器的 Java 类库. 它的 使用方法是使 JavaApplet 和 VRML 文件集成在 1 个 HTML 页 面 中, 由 浏 览 器 实 现 二 者 之 间 的 交 互. VRML 文件描述的虚拟现实场景需要通过 VRML 浏 览器进行解释 , 并在包含该浏览器插件的 Internet 浏 览器中显示出构建的虚拟世界; 同时 VRML 文件通 过 EAI 与包含仿真器的 JavaApplet 相连, 在 Applet 中 不但实现了仿真的功能, 并且可以驱动 VRML 文件 中的实体按照仿真逻辑运动 . 同时 , 在 Applet 中还可 以进行仿真数据的显示, 使得用户可以更加清晰地 掌握仿真系统运行的状况. 图 2 形象地表示了整个 仿真系统的结构关系.
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作者简介 : 赵伟华 ( 1981 ) , 女 , 山东德州人 , 硕士生 , 研究方向为虚拟现实和机器人 . E mail: weihuazh325@ 163. com
第 2期
赵伟华 , 等 : 基于 VRML 的机器人空间连续轨迹运动仿真