基于虚拟现实技术的六自由度机械臂视景仿真与碰撞检测系统

论文摘要

六自由度机械臂是一个非常复杂的空间运动机电系统,广泛应用于航空、航天、军事、工业制造等领域。在某些特定的工作环境中,由于条件恶劣不适合操作人员停留,只能对六自由度机械臂进行远程的控制操作。当六自由度机械臂在运行时,其实时的运行姿态不能被操作者直接观察到,经常导致在机械臂操作过程中由于决策不及时,而发生机械臂与其他物体的碰撞事故,导致机械臂损坏。针对此问题,本文提出了基于虚拟现实技术的视景仿真与碰撞预测的方法,对六自由度机械臂的运行姿态进行实时的视景仿真,使操作者在进行控制操作的同时,可以直观地了解六自由度机械臂的运行姿态,有效的解决了不能现场操作带来的不便,并能对平台运行过程中可能发生的碰撞进行预测,有效的防止了严重碰撞事故的发生。本文对虚拟现实技术的基础理论与应用技术进行了深入研究,采用实时三维建模软件MultiGen Creator与三维机械设计软件SolidWorks相结合的方法建立了六自由度机械臂及其工作环境的三维模型,通过Vega Prime视景仿真软件对六自由度机械臂三维模型进行渲染驱动,实现了对六自由度机械臂运行姿态的实时动画仿真,通过自定义的碰撞检测器实现了对六自由度机械臂运行过程中可能发生的碰撞事故的预测报警,最后在Visual C++.NET平台上完成了对六自由度机械臂视景仿真与碰撞检测系统软件的开发。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 虚拟现实技术概述
• 1.1.1 虚拟现实技术的定义
• 1.1.2 虚拟现实技术的特征
• 1.1.3 虚拟现实系统的组成
• 1.1.4 虚拟现实系统的分类
• 1.1.5 虚拟现实技术的关键技术
• 1.1.6 虚拟现实技术的发展历史及国内外现状
• 1.1.7 虚拟现实技术的应用领域
• 1.1.8 虚拟现实系统存在的问题和发展趋势
• 1.2 课题的研究背景和意义
• 1.3 论文的主要工作
• 2 视景仿真与碰撞检测系统整体设计方案
• 2.1 六自由度机械臂的结构和运行原理
• 2.1.1 六自由度机械臂的结构
• 2.1.2 六自由度机械臂的运行原理
• 2.2 视景仿真与碰撞检测系统设计
• 2.2.1 系统的工作原理
• 2.2.2 系统的框架结构
• 2.2.3 系统的功能设计
• 2.3 本章小结
• 3 基于Multigen Creator的三维可视化建模
• 3.1 可视化建模的关键技术
• 3.1.1 实体建模技术
• 3.1.2 LOD技术
• 3.1.3 DOF技术
• 3.1.4 纹理映射技术
• 3.1.5 实例引用技术
• 3.2 基于MultiGen Creator的三维模型的制作
• 3.2.1 MultiGen Creator简介
• 3.2.2 OpenFlight数据格式
• 3.2.3 Multigen Creator的功能模块
• 3.2.4 虚拟模型的建立步骤
• 3.2.5 六自由度机械臂三维模型的建立
• 3.2.6 其他三维模型的建立
• 3.3 本章小结
• 4 基于Vege Prime的视景仿真与碰撞检测系统开发
• 4.1 Vege Prime视景仿真开发工具
• 4.1.1 Vege Prime简介
• 4.1.2 Vege Prime的特点
• 4.1.3 Vege Prime的系统构成
• 4.1.4 Vege Prime的应用组成
• 4.1.5 Vege Prime的基本工作流程
• 4.2 系统功能的实现
• 4.2.1 基于MFC对话框模式的仿真界面
• 4.2.2 视点切换与调节
• 4.2.3 DOF节点的控制与调节
• 4.2.4 碰撞检测实现
• 4.2.5 数据通信传输
• 4.2.6 实时视景仿真实现
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢