0前言

　　虛擬現實技術，是指基于自然方式的人機交互系統(tǒng)，通過計算機創(chuàng)建一種虛擬環(huán)境，使用戶產生身臨其境的感覺，并可實現用戶與虛擬環(huán)境直接進行交互。

　　機器人技術是具有戰(zhàn)略高度的前沿技術，它和生物技術、大型計算機技術、納米技術一同被認為是未來科技發(fā)展的方向。國外機器人領域近幾年發(fā)展的趨勢之一就是:虛擬現實技術在機器人設計與制造中的應用已從仿真、預演發(fā)展到用于過程控制。對于虛擬環(huán)境中模型的建立，包括以下方面的研究內容:①基于微機的虛擬環(huán)境體系結構;②基干幾何建模和計算機圖形學的建模方法;③基于圖像生成方法的建模。

　　本研究以此為應用背景，利用SolidWorks三維CAD軟件，通過虛擬現實標準語言(VRML)建立虛擬環(huán)境中的實休模型，描述它們之間的結構關系，快速、真實地顯示三維虛擬工業(yè)機器人。

　　1虛擬環(huán)境下的建模方法

　　在虛擬環(huán)境中建立三維模型是實現仿真控制的基礎。

　　1.1虛擬現實建模方法

　　(1)采用VB,C++或VC++, OpenGL圖形庫等工具開發(fā)，則程序復雜，工作量很大，造型不方便，且圖形效果不夠逼真，效果不是很理想。

　　(2)采用虛擬現實軟件(如:WTK,VRML)等工具開發(fā)，對于復雜三維圖形的編程實現是很困難和費時的，而且達不到理想的效果。

　　(3)采用"一些商用建模軟件十VRML"的建模方法。① 3DMAX + VRML;3DMAX能夠導出保持部件間的各種關系的VRML文件。但3DMAX適合對虛擬環(huán)境進行三維建模(如校園、室內環(huán)境等)，它在構造與修改機械產品的幾何特征時操作上顯得不夠方便與快捷;② Pro/E +VRML;采用Pro/E+VRML方法來實現對虛擬設備的快速建模。Pro/E只支持VRML 1. 0的版本方式.而且所導出的文件丟失了原模型各部件間的各種關系等重要信息;③ SolidWorks+VRML; SolidWorks 2006版軟件對VRML 2.0(ISO/IEC147722I;1997，通常稱為VRML97)具有良好的支持作用，可以將建立好的零件模型直接導出為保持部件間的各種關系的VRML文件。本研究采用這種方法實現工業(yè)機器人在虛擬環(huán)境中的精確建模。

　　1.2 SolidWorks-VRML的建模方法

　　通過運用SolidWorks軟件，采用符合國際標準的虛擬現實建模語言VRML為中間橋梁，經過一系列的變換、修改、輸人、輸出，形成.wrl格式的文件，大大減少了虛擬建模的工作量，提高了工作效率。下面簡單介紹所用到的軟件和語言。

　　1.2.1 SolidWorks軟件簡介

　　SolidWorks是世界上第1套基于Windows系統(tǒng)開發(fā)的三維機械設計CAD軟件，它具有在機械產品設計中別具一格的特點和優(yōu)勢，即可采用參數化的二維模型快速生成同一類型、不同規(guī)格的系列產品，在建立機械產品的模型時顯得格外的方便、快捷，尤其是SolidWorks2006版對VRML2.0提供良好的支持。

　　1.2.2虛擬現實建模語言

　　虛擬現實建模語言(VRML)是一種與操作平臺無關的、基于3D Web的、描述可交互三維世界和對象的語言，它通過創(chuàng)建一個虛擬場景以達到現實中的效果。

　　由VRML創(chuàng)建的虛擬現實場景是模擬現實中的三維產品造型，具有面向對象的層次性、多感知性，虛擬世界的交互性、實時性和支持網絡瀏覽等特點，而且由于VRML文件可以像HTML文檔一樣上傳/下載，并可啟動VRML瀏覽器來觀看文檔所描述的三維模型，很好地解決了信息交流與共享的問題。

　　2基于SolidWorks-VRML實現虛擬現實的精確建模

　　2.1工業(yè)機器人簡介

　　工業(yè)機器人是一種由程序預先確定其運動方式的機電一體化機械裝置，由操作機(機械本體)、控制器、伺服驅動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構成。工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)可分為執(zhí)行機構和驅動機構。

　　如圖1所示，關節(jié)型工業(yè)機器人的執(zhí)行機構-機械臂可由基座、旋轉臺、連接件〔大臂)及小臂、手爪等實體組成，是一個開鏈式的多連桿結構，始端連桿為機械臂的基座，末端連桿與機械臂的手爪相連，相鄰連桿間以旋轉關節(jié)或柱關節(jié)相連。機械臂可完成旋轉、回轉和伸縮這3種不同的動作形態(tài)。

　　2. 2工程實現

　　基于SolidWorks-VRML，在虛擬環(huán)境中實現工業(yè)機器人建模的流程，如圖2所示。

　　2.2.1工業(yè)機器人三維模型精確設計

　　根據工業(yè)機器人的結構組成，可以將其分解成基座、旋轉臺、連接件(大臂)及小臂、手爪等實體模型。首先可利用SolidWorks強大的實體造型功能，實現零件的三維模型化。

　　在SolidWorks 2006中對基座的三維建模，如圖3所示。基座是支撐和固定整個工業(yè)機器人的基礎。

　　2.2.2工業(yè)機器人在虛擬環(huán)境中建模

　　由于VRML造型具有較強的移植功能，具有便于網上傳輸、運動圖像編程簡單等特點，將其應用于在虛擬環(huán)境中實現工業(yè)機器人的建模。

　　在用SolidWorks 2006建立工業(yè)機器人三維實體模型后，利用SolidWorks 的VRML轉換程序將其輸出為VRML文件:"文件-另存為:保存類型----VRML(*wrl)-選項-文件格式:VRML-版本:VRML97，即可輸出為VRML文件。

　　在Para11e1Graplue。公司的Cortona瀏覽器的基礎上，在虛擬環(huán)境中構建可視的實體模型，如圖4所示。Cortona瀏覽器功能十分強大，使用方便，能夠直接插人Windows操作系統(tǒng)的IE瀏覽器中使用，而且3D效果、交互性能近乎完美，是目前使用最多的VRML瀏覽器。

　　2.2.3 虛擬工業(yè)機器人的構建

　　在虛擬環(huán)境中對工業(yè)機器人的各組成實體進行精確建模后，利用VRML作為建構的工具，再進行虛擬工業(yè)機器人的構建，這時就需要在源程序中對各實體模型加以修改。

　　在虛擬工業(yè)機器人的構建中，使用VrmlPad 2.1軟件進行編程，ParallelGraphics公司的VrmlPad是一種功能強大且簡單易用的VRML開發(fā)設計專業(yè)軟件，支持VRML97標準。

　　程序設計思想如下:采用嵌套式結構，建立Transform節(jié)點，每個Transform節(jié)點對應一個實體模型;實體模型的導人通過增加節(jié)點實現，將各實體模型的VRML文件作為Inline內聯節(jié)點導人，同時這些節(jié)點逐層嵌套包含;虛擬工業(yè)機器人的虛擬裝配由Transform節(jié)點的translation域、rotation域和scale域控制，進行平移、旋轉和縮放變換，以達到外形尺寸的一致性，實現了工業(yè)機器人在虛擬環(huán)境中的構建(如圖5所示)。

　　這種虛擬建模方法采用Inline內聯節(jié)點的方式引人各實體模型的VRML文件，使VRML程序設計結構化、模塊化、層次化，從而提高軟件的設計質量;此外可以大大節(jié)省空間，減小文件的長度，為程序調試和定義

　　動畫帶來很大的方便;也可進一步用于各種支持VRML文件格式的開發(fā)程序(如.Tava,javaScript等)中，有利于對組成虛擬工業(yè)機器人的各實體模型再次進行腳本編程，實現運動控制的虛擬仿真。

　　3結束語

　　實體模型的建立是形成虛擬現實系統(tǒng)的基礎，也是其最為關鍵的技術之一。利用SolidWorks-VRML實現虛擬現實的精確建模，大大減少了建模的工作量，提高了工作效率，更重要的是能夠滿足虛擬現實場景中對實體的精確度的要求，虛擬工業(yè)機器人模型的精確程度直接關系到過程控制的效果。

　　而VRML作為新的網絡開發(fā)平臺在機器人虛擬控制研究中具有廣泛的應用前景，尤其是隨著計算機網絡技術的發(fā)展，為機器人遠程虛擬遙控的研究開辟了一個新的途徑。