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1、61.外文资料翻译译文三维动画技术应用于6自由度并联机器人的运动解耦与现代工业中大量应用的串联机器人不同，并联机器人各驱动单元的运动不能相互独立，它们必须保持严格的运动耦合关系。在实施实时控制中，必须快速且精确地计算出并联机器人运动控制所涉及的每一个特征点的位置(即“运动解耦”)。针对运动解耦传统解析法实际可行性差的缺点,这里提出了利用三维动画技术进行运动解耦的新思路、新方法。1动画软件3DStudioMAX的特点3DStudioMAX有造型变换、表达控制运动、数学运算和动画渲染等功能,特别是新增
2、加的逆向运动学(IK)控制器和现实世界物理模拟对象动力学功能,使该软件广泛应用于工程技术、动画制作、建筑设计和多媒体编制等领域。它具有以下特点:体系结构方面:3DSMAX是完全面向对象的程序,对于所有的对象都是可运动的、可编辑的、可扩展的。常见的Windows接口使用可扩展的动态连接库(DLL)体系结构,插入式(plug-in)部件有机地支持第三方应用开发商和用户增加的新功能。动画方面:轨迹视图在没有模式的方式下提供通道和时间控制。动态的场景连接可立即显示并可调整，允许场景和时间进行双向交互，每一
3、个轨迹都有一个控制器运动轨迹作为变量，以便建立对象相互作用的“智能”关系。运动学和动力学方面:逆向动力学(IK)可实时交互操作。每个关节都有6个自由度和独立的约束、速度控制优先设置和关节阻尼控制等，对物体的质量、重力、摩擦力和空气阻力等参数都可以设定。6总之，三维实时计算机动画技术能应用运动学和动力学的原理，使动画虚拟环境与现实物理环境统一，为三维动画应用于控制领域提供了有利的条件[1]。2应用三维动画技术进行运动解耦新思路的目的在于使复杂的公式推导与计算机编程计算改变为直观明了的动画设计过程[2
4、,3]。6自由度并联机器人的结构模型为例作一说明。该机器人采用上、下平台结构，6根长度变化的并联连杆通过球关节将上下平台联结。连杆长度的变化由6只气压缸控制,使上平台作6自由度空间运动。平台的结构参数:上平台铰点分布圆半径R1=210mm，相邻两铰点分布角α1=19.1°；下平台铰点分布圆半径R2=120mm,相邻两铰点分布角α2=18.9°;气缸行程100mm。为减少奇异位形不采用球铰,而采用球关节。当气缸活塞零伸长时，上下球关节中心距离为202.5mm,在z轴方向投影为143.33mm,上平台
5、上表面中心与下平台上表面中心在xy平面投影重合,在z轴上相距197.33mm。三维动画技术进行运动解耦的整个过程如下:2.1建立AutoCAD实体模型为保证实体模型的正确性,首先应用计算机辅助设计软件AutoCAD,在计算机中建立并联机器人实体模型。该模型是以很多相互连接的网格表示的,在能够充分表达实体特征的前提下,尽可能减少网格密度。为了保证结构位置的准确性,在单个零件设计过程和最后整体装配过程中尽量应用几何特征元素来定位。为了便于校验一些关键的位置关系,可以在关键点间画辅助线,辅助线的长度借助
6、脚本语言中的List语句给出。由于模型在进行布尔运算后,一些关键点可能难以捕捉,所以对主要辅助线应予保留。2.2转换成动画软件实体模型接着把AutoCAD实体模型倒入,选择“转换为单个实体”,以实体为单位,把AutoCAD中的块(Block)转换成3DSMAX中的组(Group),取消剖面线转换,“焊接裂口”设为零,选择“Unifynormal”和“autosmooth”,采用DWG格式写成3DSMAX的*.MAX文件。在对表面效果满意的条件下,给“SurfaceDeviation”设定较大的参数
7、,以便减少实体表面的网格密度。然后移动模型,使模型的基础坐标系与世界坐标系相重合。给每个实体和组(Group)命名,相当于给每个零部件加编号便于接下来的操作。但是,这时的实体模型还只是单个零件的堆放,它们之间还没有建立相互连接和制约关系。我们还必须对诸零件建立层级关系(即父子关系,并允许多层级),6使它们相互之间以约束关系结合成一个整体。移动和转动等变换可以在父子对象之间传递。至此,我们建立了真正的动画软件实体模型。2.3应用三维动画技术进行运动解耦基于动画软件的空间机构逆解法的6自由度平台控制系
8、统的核心框图,其界面如其中“输入数据”用于调用期望的上平台运动轨迹,获取所需要的6自由度平台位置状态，“输入上平台数据”则显示所获取的动态位置数据；“速度调节”用来设定数据读取时的采样速度。按“开始”键,便对读取的上平台直角坐标数据进行解耦，通过动画软件计算出6个气缸的伸长指令。向控制系统发出控制数据，协调各气压缸的动作，并判断其是否超出最大运动范围。“输出保存”用于将解耦计算的结果(6个气压缸的伸长数据)保存在期望的数据文件中，“输出气缸长度数据”将动态显示运动解耦的结果。3实验
