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基于虚拟现实环境的六轴平台视景仿真系统

作　者: 王艳
导　师: 王占林
学　校: 北京航空航天大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 视景仿真 虚拟现实 并联机器人位置正解
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 39次
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内容摘要


论文开发了一套基于虚拟现实环境的视景仿真系统,用于实际设计的研究和分析,并实现六自由度平台在虚拟现实环境中实时的运动,展示所开发系统的实际用途,在研究的过程中要实现精度和计算量的平衡。论文采用OpenGL,在Visual C++ 6.0的MFC平台上完成了6自由度并联机器人三维模型的建立,在此过程中充分考虑了模型的优化,以保证软件整体的实时性。此外,考虑到软件可以适应不同尺寸的Stewart平台,设计了一个可由菜单弹出的对话框界面,用来从软件外部输入Stewart平台的基本结构尺寸。论文中以并联机器人6-SPS并联机构为对象,运用矢量运算与坐标变换方面的数学基础,推导出6自由度并联机器人的位置反解及正解的数学模型,再运用上述的数学基础反推出6自由度并联机器人6根支杆中每根杆的三个Euler角,用以驱动虚拟的6自由度并联机器人。在建立了6自由度并联机器人位置正解的数学模型后,论文采用三维搜索法,针对对称的Stewart并联机器人,将上述的数学模型的非线性方程组的未知数个数降为3个,并选用离散的Newton法解该非线性方程组,完成数值解的编程工作。论文针对对称的Stewart并联机器人,把6自由度并联机器人位置正解问题转化为3变元多项式方程组,并采用多变元结式消去法,将该3变元多项式方程组进一步降元,完成了6自由度并联机器人的位置正解的解析解的理论的推导。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章 绪论  10-17
  1.1 虚拟现实(Virtual reality)技术  10-11
    1.1.1 虚拟现实的基本概念及基本特征  10
    1.1.2 虚拟现实技术的实现  10-11
  1.2 实时视景仿真系统  11-13
    1.2.1 实时视景仿真系统的概述  11
    1.2.2 三维视景仿真的系统结构  11-12
    1.2.3 视景仿真建模的步骤  12-13
  1.3 6自由度并联机器人的发展概况及应用  13-14
  1.4 课题背景  14-17
    1.4.1 课题来源  14-15
    1.4.2 研究内容  15-16
    1.4.3 论文结构  16-17
第二章 并联机器人在OpenGL环境下的三维建模  17-25
  2.1 OpenGL简介  17-19
    2.1.1 OpenGL的基本概念  17
    2.1.2 OpenGL的主要功能  17-18
    2.1.3 OpenGL的显示列表  18-19
    2.1.4 OpenGL动态仿真原理  19
  2.2 各部分模型总结  19-24
    2.2.1 气缸  19-20
    2.2.2 气缸与底盘铰链的连接件  20
    2.2.3 上圆盘  20-21
    2.2.4 下圆盘  21
    2.2.5 活塞连杆  21-22
    2.2.6 铰链  22
    2.2.7 下圆盘与铰链的连接角铁  22-23
    2.2.8 上圆盘与铰链的连接角铁  23-24
  2.3 本章小结  24-25
第三章 OpenGL环境下的并联机器人三维模型向Visual C++6.0的MFC环境下的移植  25-37
  3.1 OpenGL与MFC的接口编程概述  25-30
    3.1.1 Windows环境下OpenGL编程简介  25
    3.1.2 OpenGL在Windows下的运行机制  25-26
    3.1.3 OpenGL与Windows的绘图方式  26-27
    3.1.4 在Windows下用Visual C++和OpenGL开发程序  27-30
  3.2 在Visual C++6.0的MFC环境下引入OpenGL环境下的并联机器人三维模型  30-35
    3.2.1 建立新项目MFC  30-31
    3.2.2 添加头文件  31
    3.2.3 添加静态库  31
    3.2.4 实现消息响应函数  31-32
    3.2.5 添加代码  32-35
  3.3 视景仿真系统界面设计  35-36
  3.4 本章小结  36-37
第四章 并联机器人位置正解的建模及其在虚拟场景中的驱动  37-52
  4.1 并联机器人位置分析的正解与反解  37
  4.2 并联机器人位置反解建模  37-39
  4.3 矢量运算与坐标变换  39-43
    4.3.1 矢量运算与矩阵运算的联系  39-40
    4.3.2 坐标变换  40-43
  4.4 并联机器人位置正解建模  43-44
  4.5 Euler角  44-49
    4.5.1 方向余弦式  44-46
    4.5.2 欧拉轴/角参数式  46-49
  4.6 6自由度并联机器人的驱动  49-50
  4.7 本章小结  50-52
第五章 并联机器人的位置正解数值解  52-65
  5.1 6-SPS并联机构位置正解的三维搜索法  52-58
  5.2 并联机器人的位置正解数值解  58-63
    5.2.1 论文的已知条件与求解  58-59
    5.2.2 求解思路  59-61
    5.2.3 解非线性方程组  61-63
    5.2.4 实例  63
  5.3 本章小结  63-65
第六章 并联机器人的位置正解解析解  65-81
  6.1 把并联机器人位置正解问题转化为3变元多项式方程组  65-72
  6.2 多变元多项式方程组解法的数学基础  72-76
    6.2.1 一般多项式方程组  72-73
    6.2.2 多项式组  73-74
    6.2.3 多项式组的结式  74
    6.2.4 迪克逊导出方程组  74-76
  6.3 解3变元多项式方程组  76-80
  6.4 本章小结  80-81
总结  81-82
附录1  82-83
附录2  83-86
附录3  86-92
附录4  92-101
参考文献  101-104
攻读硕士学位期间发表的论文  104-105
致谢  105

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 计算机仿真
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