三维机械臂仿真与运动规划全栈平台
PythonC++自制3D渲染器ROS2/MoveIt2IK运动学/运动规划多机器人全栈开发碰撞检测
基于 Python/P3D 自研 3D 仿真前端，通过自定义 WebSocket 协议与 ROS2+MoveIt2 后端实时通信，覆盖机器人运动学求解、轨迹规划、场景管理与轨迹回放全流程。支持多种维度机械臂型号（6-12自由度），已用于实际产线方案的离线验证与任务预演。
技术方案
- 自主 3D 仿真引擎 —— 基于 P3D PBR 管线自研渲染框架，实现 URDF 递归解析器，从机器人运动链构建场景图（关节/连杆节点树），支持 STL/DAE/OBJ/glTF 多格式网格加载与坐标系统转换。
- 实时逆向运动学预览 —— 前端拖拽末端执行器时以约 18Hz 采样位姿并异步发送至后端 IK 求解器（KDL 插件），采用 Latest-Only 合并策略丢弃过期请求，后端以种子缓存保证关节空间连续性，实现流畅的拖拽式 IK 实时反馈。
- 双图层渲染架构 —— 同一机器人维护 IK 图层（橙色）与规划图层（绿色）两份场景图实例，分别展示当前 IK 位姿与规划轨迹位姿，支持同步对比与独立控制。
- 自定义 WebSocket 通信协议 —— 设计实现 9 类前端-后端消息协议（规划/场景/资产/基座位姿/回放状态），后端以 asyncio WebSocket Server 接入 ROS2 多线程执行器，前端以独立守护线程 asyncio 事件循环运行 WebSocket 客户端，避免阻塞主渲染循环。
- 场景同步状态机 —— 设计优先级调度状态机协调前后端场景同步：全量重同步 > 基座位姿同步 > 场景对象更新 > IK 预览，规划请求在上下文脏时自动延迟排队，确保规划操作始终在一致场景上执行。
- 规划场景管理 —— 支持基本体（盒/球/柱）与网格对象（OBJ/STL）的增删移附分离操作，自研 STL 二进制/ASCII 及 OBJ 解析器加载网格碰撞几何，支持场景导入/导出与断线恢复时的场景完整读回。
- 两阶段 IK-then-Plan 运动规划 —— 针对高自由度（8-DOF）机器人在位姿空间中直接采样的困难，先求解 IK 得到关节空间目标，再以关节约束驱动 OMPL 规划器，显著提高规划成功率。失败时自动检测起点/中段/终点的碰撞状态并给出中文诊断信息。
- 工业场景功能完整性 —— 多任务规划器（抓取序列编排、批量规划、CSV/JSON/XML 导入导出）、棱柱关节可视化、工程渲染模式（线框/X 光/材质屏蔽）、变换操动器（平移/旋转/缩放 + 撤销）、相机路径录制/回放、系统级 Toast 通知。
- 跨平台工程化部署 —— Windows/WSL 双平台支持，systemd 服务 + Windows 任务计划程序实现开机自启，colcon 符号链接安装实现 Python 代码热更新，colcon build 构建 14 个 ROS2 包（6 机器人 × URDF描述 + MoveIt配置 + 桥接核心 + 自定义接口）。
- 前沿技术探索 —— ImGui 中文输入法集成（Windows IME 调用 + ASCII 回退双通道）、OpenVR 头显立体渲染、URDF 编辑器（关节/连杆属性可视化编辑）、基于反射镜变换的相机视觉增强。
