通用多关节机械臂半物理仿真平台研究

发布时间：2017-08-20 11:02

  本文关键词：通用多关节机械臂半物理仿真平台研究

  更多相关文章： 半物理仿真 虚拟现实 多关节机械臂 动力学模型

【摘要】：由于半物理仿真可以显著的降低系统开发成本,提高开发效率,因而其应用日趋广泛,但是目前国内已有的研究大多数都是在国外半物理仿真平台下搭建起来的,基于此类的半物理仿真系统没有自主知识产权,难以进行扩展开发。为此,本文设计了完全自主的低成本多关节机械臂半物理仿真平台的架构,确定了各子系统的功能以及相互间的数据交换模型。主要完成了以下方面的工作:1)提出了自主知识产权的半物理仿真平台的整体架构,分析了各个模块之间的交互关系。2)以人类手臂的运动为研究对象,完成了5个自由度多关节机械臂的三维机械虚拟样机的设计,对其进行了动力学建模与分析。最后完成了实物样机并进行了初步的测试。3)在动力学仿真软件中建立了多关节机械臂的动力学虚拟样机,确定了数值求解算法,并实现了该动力学模型C代码的输出,进而封装成了可以移植通用的动态链接库。4)基于3D引擎,完成了半物理仿真后处理中的关键技术点,实现了任意动力学模型参数的连续虚拟运动展示。经过基本测试,所设计的自主知识产权半物理仿真平台的各个关键技术点运行正常,为平台的后续发展提供了较好的支撑。
【关键词】：半物理仿真 虚拟现实 多关节机械臂 动力学模型
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP241
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-13
• 1.1 课题研究背景及意义8-9
• 1.2 半物理仿真平台发展9-11
• 1.2.1 半物理仿真架构分析9-10
• 1.2.2 半物理仿真平台关键技术应用10-11
• 1.3 论文主要内容和章节安排11-13
• 1.3.1 本文主要研究内容11-12
• 1.3.2 论文章节安排12-13
• 第二章 半物理仿真的总体框架13-19
• 2.1 半物理仿真平台的提出13-14
• 2.2 半物理仿真平台的组成14-15
• 2.3 半物理仿真平台交互过程15-16
• 2.4 半物理仿真平台后处理16-17
• 2.5 人机交互模块17-18
• 2.6 本章小结18-19
• 第三章 多关节机械臂的结构设计19-29
• 3.1 概述19-20
• 3.2 总体方案20-22
• 3.2.1 设计依据20
• 3.2.2 设计思路20-22
• 3.3 模型设计22
• 3.3.1 结构设计22
• 3.3.2 结构尺寸分析22
• 3.4 电机选择22-25
• 3.4.1 各关节力矩估算23-24
• 3.4.2 电机型号选择24-25
• 3.5 传动方式选择25-26
• 3.6 多关节机械臂的建模26-28
• 3.6.1 软件介绍26
• 3.6.2 模型建立26-28
• 3.7 本章小结28-29
• 第四章 动力学模型的嵌入29-45
• 4.1 机械臂运动学分析29-30
• 4.2 建立虚拟样机30-40
• 4.2.1 虚拟样机开发30-31
• 4.2.2 受控机械臂的建立31-35
• 4.2.3 多关节机械臂整体建模35-37
• 4.2.4 仿真结果分析37-40
• 4.3 C代码的生成与编译40-43
• 4.3.1 C代码生成40
• 4.3.2 C代码编译40-43
• 4.4 在VC++中生成DLL文件43-44
• 4.4.1 DLL概述43
• 4.4.2 VC++生成DLL类型43-44
• 4.5 本章小结44-45
• 第五章 后处理模块虚拟现实展示45-59
• 5.1 设计思路45-46
• 5.2 后处理模块开发46-48
• 5.2.1 后处理模块在半物理仿真的优势46-47
• 5.2.2 虚拟现实开发流程47-48
• 5.3 虚拟模型建立48-52
• 5.3.1 模型导入48-50
• 5.3.2 模型父子关系调整50-51
• 5.3.3 模型关节标记及预设体制作51-52
• 5.4 运动脚本的开发52-55
• 5.5 运动状态的显示55-56
• 5.6 后处理模块发布56-58
• 5.7 本章小结58-59
• 结论与展望59-61
• 参考文献61-65
• 附录65-72
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果72-73
• 致谢73

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本文编号：706209