基于Java3D的重载机器人运动学建模与仿真软件开发

建 立 重 栽 机 器人 运 动 学模 型 ， 通 过 引 入 关 节 属 性 来唯 一 确 定 逆 解 ， 避 免 了在 逆 解 计 算 中复 杂 的 多解 择 优 过 程 ， 从 而提 高 了
机 器人 逆 解 算 法 效 率 。利 用 Ｊ ａ ｖ ａ ３ Ｄ 提 供 的 三 维 模 型 载 入 接 口和 Ｊ ａ ｖ ａ Ｓ ｗｉ ｎ ｇ轻 量 级 组 件 进 行 仿 真 软 件 的 开 发 、 、 详 细 论 述 了 系统 建模 算 法 原理 和 ３ Ｄ仿真过程模型导入、 显 示 和人 机 交 互 的 实现 ， 并 给 出 了基 于 仿 真 软 件 的 运 动 学 算 法 验 证 分 析 ． ． 关键 词 ： 重载机器人 ， 运 动 学方 程 ， Ｊ ａ ｖ ａ ３ Ｄ
Ｊ ａ ｖ ａ３Ｄ ｐ ｌ ａ ｆｏｒ ｔ ｍ， ａ ｃ ｃｏ ｒ ｄｉ ｎｇ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｃ ｈａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃｓ ｏ ｆ ａ １ ５ ０ｋ ｇ ｈｅ ａ ｖ ｙ ｐａ ｙｌ ｏ ａｄ ｒ ｏ ｂｏｔ ． Ｔｈ ｅ ｒ ｏ ｂｏ ｔ ｋ ｉ ｎ ｅｍａ ｔ ｉ ｃｓ ｉ ｓ ｅ ｓ ｔ ａｂｌ ｉ ｓ ｈ ｅｄ ｕ ｓｉ ｎ ｇ
《 工、 世控 制 计 算 机 ｝ ２ ０ １ ７年 第 ３ ０卷 第 ２期
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基于 Ｊ ａ ｖ ａ ３ Ｄ的重载机器人运动学建模与仿真软件开发
Ｈｅ ａ ｖ ｙ Ｐａ ｙ ｌ ｏ ａ ｄ Ｒ ｏ ｂ ｏ ｔ Ｋｉ ｎ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ｓ Ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｓ ｏ ｆ ｔ ｗａ ｒ ｅ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｊ ａ ｖ ａ ３ Ｄ
ｋ ｉ ｎ ｅｍａｔ ｉ ｃｓ ｉ ｓ ｄｅ ｔ ｅ ｒ ｍｉ ｎ ｅｄ Ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｐａ ｐｅ ｒ ， ｔ ｈ ｅ ｐｒ ｉ ｎ ｃｉ ｐｌ ｅ ｏ ｆ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅｍ ｍ ｏ ｄｅｌ ｉ ｎ ｇ ａｌ ｇｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ ａ ｎｄ ３Ｄ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎ ｐ ｒ ｏ ｃｅ ｓ ｓ ｍ ｏ ｄｅｌ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ — ｄｕ ｃｔ ｉ ｏ ｎ， ｄｉ ｓ ｐｌ ａ ｙ ａｎ ｄ ｈ ｕ ｍ ａｎ －ｃ ｏｍ ｐ ｕｔ ｅ ｒ ｉ ｎ ｔ ｅｒ ａｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｒ ｅ ｄｉ ｓ ｃ ｕｓ ｓ ｅｄ．
世纪 ８ ０年 末 开 始 ， 起步较晚 ， 技 术 积 累 不够 。 相 对 于 小 负 载机 器
人， 萤载 机 器人 的 大 负 载 、 高 自重 的 特 点 在 机 器 人 的本 体 结 构 设
计 和 动 态 性 能 等 方 面 具有 更 高 的 要 求 ，故 重 载 机 器 人 建 模 仿 真
Ｄ— Ｈ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍａ ｔ ｒ ｉ ｘ Ｂ ｙ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｉ ｎ ｇ ｊ ｏ ｉ ｎ ｔ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｒ ｏ ｂ ｏ ｔ ｉ ｎ ｖ ｅ ｒ ｓ ｅ ｓ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ． ｔ ｈ ｅ ｕ ｎ ｉ ｑ ｕ ｅ ｓ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｒ ｏ ｂ ｏ ｔ ｉ ｎ ｖ ｅ ｒ ｓ ｅ
ｉ ｅ ｐ ｅ ｒ 准则时 ， 逆 解 多 达 ８组解 ， 须 根 据 不 同实 际 工 程 应 用 场 合 ，
选 择 不 同 的择 优 方 式 ， 例如最短行程法 、 最 小 功 率 法 等 等 ¨ 。本 文 通 过 引 入 机 器 人关 节属 性 ，实 现 在 机 器 人 逆 解 算 法 中确 定 唯
Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ ： ｈｅ ａ ｖ ｙ ｌ ｏ ａ ｄ ｒ ｏｂ ｏ ｔ ， ｋ ｉ ｎ ｅｍａ ｔ ｉ ｃ ｓ ｅ ｑｕａ ｔ ｉ ｏ ｎ． Ｊ ａ ｖ ａ３ Ｄ
重 载 机 器 人 足 工 业 应 用 中腕 部 有 效 载 荷 在 １ ０ ０ ｋ ｇ以 上， 机
器 人 负 载 自重 比＿ 在 １ ： ８到 １ ： ２之 间 的 机 器 人 。 国 外 的 重 载 机 器
人研究起 步较 早 ， 技 术较 为成熟 ， 典 型 的是德 国 Ｋ Ｕ Ｋ Ａ 公 司 和
美国 Ａ Ｂ Ｂ公 司的 １ ３ ０ ０ ｋ ｇ 负 荷 能 力 的重 载 机 器 人 ， 已 经 广［业 领 域 …， 我 国 的 重 载 机 器 人 研 究 自上
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａｃ ｔ ： Ｔｈ ｉ ｓ ｐ ａｐ ｅｒ ａｄ ｄｒ ｅ ｓ ｓ ｅｓ ｔ ｈ ｅ ｉ ｓ ｓ ｕ ｅ ｏ ｆ ｒ ｏｂ ｏｔ ｋ ｉ ｎ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃｓ ｍ ｏ ｄｅｌ ｉ ｎ ｇ ａ ｎｄ ｓｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏｆ ｔ ｗａｒ ｅ ｄｅｖ ｅ ｌ ｏ ｐｍｅｎ ｔ ｂ ａｓ ｅｄ ｏｎ
具 有 重 要 意 义 。
通 过 对 重 载 机器 人 建模 仿 真 ，可 以 为 重 载 机 器 人 的 机构 设
计 提 供 一定 的 理 论 依 据 。 在 其人 运 动 学 求 解 中 ， 如 何 避 免 逆解 的 重 解 是 必 须 解 决 的 重 要 问题 。对 于 六 关 节 串联 机 器人 ， 当满 足 Ｐ
卢 张 俊 马旭 东 钱 垄 （ 东南大学， 江苏 南京 ２ １ ０ ０ ９ ６ ）
摘要： 建 模 与 仿 真 是 重 载 机 器人 自主研 发 设 计 、 优 化 和 快 速 系统 开 发 的重 要 基 础 和 手 段 。 从 系统 开 发 需 求 ’蜜 ＿ ， 针对 国 产 １ ５ ０ ｋ ｇ重 载 机 器人 特 点 ， 论 述 了基 于 Ｊ ａ ｖ ａ ３ Ｄ 平 台手 段 的机 器 人 运 动 学建 模 与仿 真软 件 的 开 发 方 法 。采 用 Ｄ — Ｈ 参 数 法