原创《基于Ja3D和VRML技术的采摘机械手运动仿真》：本论文主要论述了机械手论文范文相关的参考文献,对您的论文写作有参考作用。
摘 要：在现代产品开发设计过程中,经常会用到虚拟运动仿真技术,该技术已经成为了现代化产品设计制造中的一项关键技术.本文以采摘机械手的设计开发为例,对基于Je3D和VRML的虚拟运动仿真技术的应用进行了探究,希望对相关工作能够有所借鉴.
关键词：采摘机械手；虚拟运动仿真；Ja3D；VRML
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.02.088
1引言
在現代产品开发设计过程中,经常会用到虚拟运动仿真技术,该技术已经成为了现代化产品设计制造中的一项关键技术.对采摘机械手的设计开发来说,传统方法是先形成设计方案,然后再依据方案将机械手的所有组成零部件都试制出来,最后进行装配.这种方式具有一个明显的缺点,即设计中的不合理之处只有在试制出成品后才能被发现,一旦需要进行修改,那么就需要不断重复试制过程,进而导致产品的开发成本和耗时都大幅度提升.在这种情况下,越来越多的人开始重视对虚拟运动仿真技术的运用.在方案形成环节就可以应用该技术对设计中的潜在不合理之处进行验证,然后就可以在没有制出实物的情况下就完成产品的修改和优化,进而就能有效保障最终制造出来的产品与设计目标相一致.本文以采摘机械手的设计开发为例,对基于Je3D和VRML的运动仿真技术进行了研究,希望对相关产品的设计开发工作能够有所借鉴.
2虚拟场景生成
要进行虚拟运动仿真,首先要做的就是生成虚拟场景,而当前应用最为广泛的虚拟场景生成工具主要包括四种：OpenGL、Dkect3D、Je3D和VRML.以上这四种工具都可以实现三维可视化建模,而且每个工具都有各自的特点,下面将对这四种工具进行分别介绍：（1）OpenGL.OpenGL是一种底层的三维图形建模工具,具有兼容性好、开放性好、接口通用、性能稳定以及运行效率较高等优势.采用OpenGL进行三维建模时可以借助编程实现,但编程语言较为复杂,所以会拖慢开发耗时.（2）Direct3D.Direct3D是一种基于应用对象的三维图形编程工具,采用该工具可以绕开图形的显示接口,进而就极大的提升了系统的运行效率,但该工具的开发难度较大,一般主要用在游戏的建模和开发上.（3）VRML.VRML是一种虚拟化的建模语言,可以直接使用浏览器对建模文件进行解释并生成三维图形,还可以借助网络平台构建一个覆盖全球的虚拟世界.这种语言的优势是便于和其他工具联合使用,进而使得其虚拟建模的效果得到更大提升.（4）Ja3D.Ja3D是一种跨平台的图形开发工具,它是在Ja的基础形成的,可以提供比较完善的三维编程语言,这种语言的优势是形式简单,利于很快上手,因此被广泛用作虚拟环境的开发工具.
比较以上虚拟开发工具后发现：OpenGL图形的显示速度较快,而且其建模效果也非常逼真,但因为编程语言较为复杂和不易掌握的缘故,所以开发耗时比较大；Direct3D主要被用在游戏开发中；VRML文件格式较小,可以借助传感器来进行虚拟环境的交互,但场景在改变时需要执行解释操作,交互性较差.根据对这些虚拟场景生成技术的优劣点进行综合比较后决定,本研究采用Ja3D为主、VRML为辅的方法,对采摘机械手（如图1所示）作业的虚拟环境进行建模.
采摘机械手的虚拟交互系统是根据农业操作人员的需求开发的,借助浏览器来将用户的需求进行显示并进行实时交互.
3轨迹规划和碰撞仿真模型
当对机械手的作业场景完成虚拟建模后,就需要对机械手的运动轨迹进行仿真计算,以验证机械手是否可以按照设计轨迹动作.如果机械手是通过连续的位置点,那么就可以用逆运动学原理将中间点转为期望的关节角度,然后计算每个关节的三次多项式,最后再依据新的路径约束条件来求解多项式.
对于采摘机械手的运动仿真来说,碰撞检测是其中非常重要的一项内容,是保障采摘机械手在作业时可以成功规避障碍物的基础.Ja3D提供了碰撞仿真的两个类,即Wake on CollisionEntry和Wake on CollisionExit.当发现虚拟场景中的两个检测对象出现碰撞问题时,Wake on CollisionEntry被唤醒,而当碰撞结束后,Wake on CollisionExit被唤醒.
用户在使用过程中,可以根据采摘机械手的实际应用情景创设虚拟场景,然后将其传送到服务器端.VRML场景中的虚拟模型位置和方向可以被转换成便于碰撞检测的文件.同时,还可以利用Sweep and Prune算法对相隔很远的物体进行剔除,然后在应用相交原理进行精确的碰撞检测.当仿真检测到碰撞后,系统会将相关信息反馈给用户端,然后由用户端进行相应的操作,最后再对模型的位置和方向信息进行更新.
4运动仿真
上文对基于Je3D和VRML技术的采摘机械手运动仿真的可行性进行了探究,并讨论了用三次多项式来表示运动轨迹模型的方法.根据这一理论,采用Ja软件并结合VRML技术,可以采用面向对象的方式对机械手进行建模.在此基础上,通过对机械手的运动轨迹进行仿真来达到优化设计的目的.在仿真过程,可以利用Ja3D提供的API来对虚拟场景进行交互式仿真,并根据轨迹规划来实现对运动轨迹的追踪.最后,使用该理论进行运动仿真还可以对机械手的运动性能参数进行捕捉,从而实现对仿真结果可靠性的验证.
机械手论文参考资料：
结论：基于Ja3D和VRML技术的采摘机械手运动仿真为关于机械手方面的的相关大学硕士和相关本科毕业论文以及相关机械手论文开题报告范文和职称论文写作参考文献资料下载。
