工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡模擬的現(xiàn)實(shí)

摘 要 根據(jù)工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡模擬的需要，應(yīng)用OpenGL和3DSMAX等軟件相互配合，在3DSMAX中建立其模型，應(yīng)用VC++設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)模擬系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中讀取該工業(yè)機(jī)器人的模型參數(shù)，根據(jù)工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)它的運(yùn)動(dòng)軌跡模擬。

關(guān)鍵詞 工業(yè)機(jī)器人；運(yùn)動(dòng)軌跡；模擬

中圖分類號：TP242 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）06-0022-01

1 工業(yè)機(jī)器人三維模型

OpenGL的三維圖形功能比較強(qiáng)大，不僅能夠設(shè)置光照、材質(zhì)，并且提供各種用途的函數(shù)。工業(yè)機(jī)器人的模型具體實(shí)現(xiàn)過程及部分程序代碼如下為：首先在CRenderView類中添加一個(gè)成員函數(shù)：mySolidCylinder（GLdouble radius， GLdouble height， int n_div），該成員函數(shù)用于實(shí)現(xiàn)機(jī)器人模型的功能，然后再在CRenderView類中添加一個(gè)成員函數(shù)DrawMyrobot（），該函數(shù)用來繪制機(jī)器人本體，機(jī)器人的各個(gè)關(guān)節(jié)位置都按照D-H方法進(jìn)行設(shè)置，模型具體代碼如下：

GLfloat red_ambient[] = { 0.2f， 0.0f， 0.0f }；//環(huán)境光

GLfloat red_diffuse[] = { 0.5f， 0.0f， 0.0f }；//擴(kuò)散光

然后設(shè)定材質(zhì)函數(shù)glMaterialfv，將定義的材質(zhì)設(shè)定為繪制物體的材質(zhì)：

glMaterialfv（ GL_FRONT， GL_AMBIENT， red_ambient）；

glMaterialfv（ GL_FRONT， GL_DIFFUSE， red_diffuse ）；

3DSMAX中的Chunk的基本單元在構(gòu)建模型中起到重要的作用，可在VC++基礎(chǔ)類庫中定義專門用來讀入和重繪的類，比如定義Class 3DSload，在該類中定義顏色結(jié)構(gòu)、頂點(diǎn)結(jié)構(gòu)和主函數(shù)等用于建立工業(yè)機(jī)器人的3DS模型。

2 模擬系統(tǒng)界面的介紹

工業(yè)機(jī)器人模擬系統(tǒng)是一個(gè)具有交互式的界面，人機(jī)可以很好地交互，具有工具欄和菜單欄，工具欄即為菜單欄的圖標(biāo)式說明，該系統(tǒng)工具欄主要圖標(biāo)的說明：

1）模型導(dǎo)入圖標(biāo)：是實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)與其它三維造型軟件聯(lián)系的接口，點(diǎn)擊該圖標(biāo)，系統(tǒng)會(huì)彈出一個(gè)打開文件的窗口，文件的后綴名默認(rèn)為.3ds，點(diǎn)擊“打開”按鈕即可在該系統(tǒng)中顯示由外部3d軟件所繪制的3d模型。

2）基本設(shè)置圖標(biāo)：可實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的背景顏色、光照，及模型的顯示方式（點(diǎn)化式、線框式、面填充式，默認(rèn)為面填充式）進(jìn)行設(shè)置。

3 工業(yè)機(jī)器人模型的裝配

實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)模擬，則要把機(jī)器人裝配好，保證模擬的正確進(jìn)行，在DrawWithOpenGL（）函數(shù)中重繪機(jī)器人模型時(shí)必須嚴(yán)格按照機(jī)器學(xué)中D-H法建立機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)，則相應(yīng)各個(gè)關(guān)節(jié)的變化矩陣可用OpenGL提供的旋轉(zhuǎn)變換函數(shù)glRotatef（m_R，x，y，z），其中m_R表示旋轉(zhuǎn)角度，x、y、z，的取值為0或1，取1表示該軸即為旋轉(zhuǎn)軸。與平移變換函數(shù)glTranslatef（m_x，m_y，m_z），其中

三個(gè)參數(shù)對應(yīng)三個(gè)坐標(biāo)軸，、、、、、表示關(guān)節(jié)間的轉(zhuǎn)換矩陣。

則機(jī)器人裝配源程序如下：

void CRenderView：：DrawWithOpenGL（GLenum mode）

{ glCallList（1）；調(diào)用顯示列表繪制機(jī)器人基座

由關(guān)節(jié)1到基座的變換矩陣

glCallList（2）；調(diào)用顯示列表繪制機(jī)器人第一個(gè)關(guān)節(jié)

…

由關(guān)節(jié)6到關(guān)節(jié)5的變換矩陣

glCallList（7）；

}

4 工業(yè)機(jī)器人軌跡模擬的實(shí)現(xiàn)

運(yùn)動(dòng)軌跡模擬可以在兩種不同的空間進(jìn)行模擬，由工業(yè)機(jī)器人軌跡規(guī)劃所提供的軌跡規(guī)劃算法，運(yùn)用C++的程序編程方法，編寫如下的程序：

BOOL Industryrobot：：Angle（） //定義一個(gè)角度類

{CMyRoate *angle；

CRenderView *pView；

angle =MyComputeReverse（CMyGpoint pt）；調(diào)用求機(jī)器人逆解函數(shù)，將插值點(diǎn)位姿轉(zhuǎn)換為關(guān)節(jié)角度

th[i][j]= CThInterploation（thata0[i]，thata[i]，totletim1，（j+1）*stime）；

CThInterploation 為三次多項(xiàng)式插值函數(shù)，其中angle0為初始關(guān)節(jié)角度，angle為終點(diǎn)關(guān)節(jié)角度，totletim運(yùn)行的時(shí)間，（j+1）*stime表示當(dāng)前時(shí)間[1]。

pView->therecord[i][j]=th[i][j]； 將插值所得角度存取到視類關(guān)節(jié)存取數(shù)組中。

軌跡規(guī)劃部分程序代碼如下：

void CLineInter：：LInterpolation（CMyGpoint gpt[]， float V， float ts）

其中CMyGpoint gpt[]插補(bǔ)點(diǎn)位姿，V插補(bǔ)速度，ts插補(bǔ)時(shí)間間隔。

如圖1是工業(yè)機(jī)器人末端從初始位置經(jīng)中間點(diǎn)該點(diǎn)位姿為，運(yùn)動(dòng)到終點(diǎn)該點(diǎn)位姿，設(shè)置模擬運(yùn)行時(shí)間4秒，每隔0.025秒進(jìn)行一次采樣，可以得到運(yùn)動(dòng)的軌跡。

圖1 三次多項(xiàng)式軌跡模擬圖

5 結(jié)束語

該模擬系統(tǒng)創(chuàng)造了用戶和機(jī)器人進(jìn)行交互的虛擬環(huán)境，對于檢測、設(shè)計(jì)機(jī)器人或者想看它運(yùn)行的軌跡等，操作人員在該模擬系統(tǒng)可以清晰觀摩到機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)狀況及其軌跡等，從而可以選擇最佳的運(yùn)動(dòng)軌跡或者設(shè)計(jì)策略，對于工業(yè)生產(chǎn)有一定的實(shí)際意義。

參考文獻(xiàn)

[1]萬三國.機(jī)械手拋光技術(shù)軌跡規(guī)劃及其仿真研究[D].五邑大學(xué)，2012.

作者簡介

萬三國（1986-），男，江西余干人，碩士研究生，研究方向：工業(yè)自動(dòng)化。endprint

摘 要 根據(jù)工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡模擬的需要，應(yīng)用OpenGL和3DSMAX等軟件相互配合，在3DSMAX中建立其模型，應(yīng)用VC++設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)模擬系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中讀取該工業(yè)機(jī)器人的模型參數(shù)，根據(jù)工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)它的運(yùn)動(dòng)軌跡模擬。

關(guān)鍵詞 工業(yè)機(jī)器人；運(yùn)動(dòng)軌跡；模擬

中圖分類號：TP242 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）06-0022-01

1 工業(yè)機(jī)器人三維模型

OpenGL的三維圖形功能比較強(qiáng)大，不僅能夠設(shè)置光照、材質(zhì)，并且提供各種用途的函數(shù)。工業(yè)機(jī)器人的模型具體實(shí)現(xiàn)過程及部分程序代碼如下為：首先在CRenderView類中添加一個(gè)成員函數(shù)：mySolidCylinder（GLdouble radius， GLdouble height， int n_div），該成員函數(shù)用于實(shí)現(xiàn)機(jī)器人模型的功能，然后再在CRenderView類中添加一個(gè)成員函數(shù)DrawMyrobot（），該函數(shù)用來繪制機(jī)器人本體，機(jī)器人的各個(gè)關(guān)節(jié)位置都按照D-H方法進(jìn)行設(shè)置，模型具體代碼如下：

GLfloat red_ambient[] = { 0.2f， 0.0f， 0.0f }；//環(huán)境光

GLfloat red_diffuse[] = { 0.5f， 0.0f， 0.0f }；//擴(kuò)散光

然后設(shè)定材質(zhì)函數(shù)glMaterialfv，將定義的材質(zhì)設(shè)定為繪制物體的材質(zhì)：

glMaterialfv（ GL_FRONT， GL_AMBIENT， red_ambient）；

glMaterialfv（ GL_FRONT， GL_DIFFUSE， red_diffuse ）；

3DSMAX中的Chunk的基本單元在構(gòu)建模型中起到重要的作用，可在VC++基礎(chǔ)類庫中定義專門用來讀入和重繪的類，比如定義Class 3DSload，在該類中定義顏色結(jié)構(gòu)、頂點(diǎn)結(jié)構(gòu)和主函數(shù)等用于建立工業(yè)機(jī)器人的3DS模型。

2 模擬系統(tǒng)界面的介紹

工業(yè)機(jī)器人模擬系統(tǒng)是一個(gè)具有交互式的界面，人機(jī)可以很好地交互，具有工具欄和菜單欄，工具欄即為菜單欄的圖標(biāo)式說明，該系統(tǒng)工具欄主要圖標(biāo)的說明：

1）模型導(dǎo)入圖標(biāo)：是實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)與其它三維造型軟件聯(lián)系的接口，點(diǎn)擊該圖標(biāo)，系統(tǒng)會(huì)彈出一個(gè)打開文件的窗口，文件的后綴名默認(rèn)為.3ds，點(diǎn)擊“打開”按鈕即可在該系統(tǒng)中顯示由外部3d軟件所繪制的3d模型。

2）基本設(shè)置圖標(biāo)：可實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的背景顏色、光照，及模型的顯示方式（點(diǎn)化式、線框式、面填充式，默認(rèn)為面填充式）進(jìn)行設(shè)置。

3 工業(yè)機(jī)器人模型的裝配

實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)模擬，則要把機(jī)器人裝配好，保證模擬的正確進(jìn)行，在DrawWithOpenGL（）函數(shù)中重繪機(jī)器人模型時(shí)必須嚴(yán)格按照機(jī)器學(xué)中D-H法建立機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)，則相應(yīng)各個(gè)關(guān)節(jié)的變化矩陣可用OpenGL提供的旋轉(zhuǎn)變換函數(shù)glRotatef（m_R，x，y，z），其中m_R表示旋轉(zhuǎn)角度，x、y、z，的取值為0或1，取1表示該軸即為旋轉(zhuǎn)軸。與平移變換函數(shù)glTranslatef（m_x，m_y，m_z），其中

三個(gè)參數(shù)對應(yīng)三個(gè)坐標(biāo)軸，、、、、、表示關(guān)節(jié)間的轉(zhuǎn)換矩陣。

則機(jī)器人裝配源程序如下：

void CRenderView：：DrawWithOpenGL（GLenum mode）

{ glCallList（1）；調(diào)用顯示列表繪制機(jī)器人基座

由關(guān)節(jié)1到基座的變換矩陣

glCallList（2）；調(diào)用顯示列表繪制機(jī)器人第一個(gè)關(guān)節(jié)

…

由關(guān)節(jié)6到關(guān)節(jié)5的變換矩陣

glCallList（7）；

}

4 工業(yè)機(jī)器人軌跡模擬的實(shí)現(xiàn)

運(yùn)動(dòng)軌跡模擬可以在兩種不同的空間進(jìn)行模擬，由工業(yè)機(jī)器人軌跡規(guī)劃所提供的軌跡規(guī)劃算法，運(yùn)用C++的程序編程方法，編寫如下的程序：

BOOL Industryrobot：：Angle（） //定義一個(gè)角度類

{CMyRoate *angle；

CRenderView *pView；

angle =MyComputeReverse（CMyGpoint pt）；調(diào)用求機(jī)器人逆解函數(shù)，將插值點(diǎn)位姿轉(zhuǎn)換為關(guān)節(jié)角度

th[i][j]= CThInterploation（thata0[i]，thata[i]，totletim1，（j+1）*stime）；

CThInterploation 為三次多項(xiàng)式插值函數(shù)，其中angle0為初始關(guān)節(jié)角度，angle為終點(diǎn)關(guān)節(jié)角度，totletim運(yùn)行的時(shí)間，（j+1）*stime表示當(dāng)前時(shí)間[1]。

pView->therecord[i][j]=th[i][j]； 將插值所得角度存取到視類關(guān)節(jié)存取數(shù)組中。

軌跡規(guī)劃部分程序代碼如下：

void CLineInter：：LInterpolation（CMyGpoint gpt[]， float V， float ts）

其中CMyGpoint gpt[]插補(bǔ)點(diǎn)位姿，V插補(bǔ)速度，ts插補(bǔ)時(shí)間間隔。

如圖1是工業(yè)機(jī)器人末端從初始位置經(jīng)中間點(diǎn)該點(diǎn)位姿為，運(yùn)動(dòng)到終點(diǎn)該點(diǎn)位姿，設(shè)置模擬運(yùn)行時(shí)間4秒，每隔0.025秒進(jìn)行一次采樣，可以得到運(yùn)動(dòng)的軌跡。

圖1 三次多項(xiàng)式軌跡模擬圖

5 結(jié)束語

該模擬系統(tǒng)創(chuàng)造了用戶和機(jī)器人進(jìn)行交互的虛擬環(huán)境，對于檢測、設(shè)計(jì)機(jī)器人或者想看它運(yùn)行的軌跡等，操作人員在該模擬系統(tǒng)可以清晰觀摩到機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)狀況及其軌跡等，從而可以選擇最佳的運(yùn)動(dòng)軌跡或者設(shè)計(jì)策略，對于工業(yè)生產(chǎn)有一定的實(shí)際意義。

參考文獻(xiàn)

[1]萬三國.機(jī)械手拋光技術(shù)軌跡規(guī)劃及其仿真研究[D].五邑大學(xué)，2012.

作者簡介

萬三國（1986-），男，江西余干人，碩士研究生，研究方向：工業(yè)自動(dòng)化。endprint

摘 要 根據(jù)工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡模擬的需要，應(yīng)用OpenGL和3DSMAX等軟件相互配合，在3DSMAX中建立其模型，應(yīng)用VC++設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)模擬系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中讀取該工業(yè)機(jī)器人的模型參數(shù)，根據(jù)工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)它的運(yùn)動(dòng)軌跡模擬。

關(guān)鍵詞 工業(yè)機(jī)器人；運(yùn)動(dòng)軌跡；模擬

中圖分類號：TP242 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）06-0022-01

1 工業(yè)機(jī)器人三維模型

OpenGL的三維圖形功能比較強(qiáng)大，不僅能夠設(shè)置光照、材質(zhì)，并且提供各種用途的函數(shù)。工業(yè)機(jī)器人的模型具體實(shí)現(xiàn)過程及部分程序代碼如下為：首先在CRenderView類中添加一個(gè)成員函數(shù)：mySolidCylinder（GLdouble radius， GLdouble height， int n_div），該成員函數(shù)用于實(shí)現(xiàn)機(jī)器人模型的功能，然后再在CRenderView類中添加一個(gè)成員函數(shù)DrawMyrobot（），該函數(shù)用來繪制機(jī)器人本體，機(jī)器人的各個(gè)關(guān)節(jié)位置都按照D-H方法進(jìn)行設(shè)置，模型具體代碼如下：

GLfloat red_ambient[] = { 0.2f， 0.0f， 0.0f }；//環(huán)境光

GLfloat red_diffuse[] = { 0.5f， 0.0f， 0.0f }；//擴(kuò)散光

然后設(shè)定材質(zhì)函數(shù)glMaterialfv，將定義的材質(zhì)設(shè)定為繪制物體的材質(zhì)：

glMaterialfv（ GL_FRONT， GL_AMBIENT， red_ambient）；

glMaterialfv（ GL_FRONT， GL_DIFFUSE， red_diffuse ）；

3DSMAX中的Chunk的基本單元在構(gòu)建模型中起到重要的作用，可在VC++基礎(chǔ)類庫中定義專門用來讀入和重繪的類，比如定義Class 3DSload，在該類中定義顏色結(jié)構(gòu)、頂點(diǎn)結(jié)構(gòu)和主函數(shù)等用于建立工業(yè)機(jī)器人的3DS模型。

2 模擬系統(tǒng)界面的介紹

工業(yè)機(jī)器人模擬系統(tǒng)是一個(gè)具有交互式的界面，人機(jī)可以很好地交互，具有工具欄和菜單欄，工具欄即為菜單欄的圖標(biāo)式說明，該系統(tǒng)工具欄主要圖標(biāo)的說明：

1）模型導(dǎo)入圖標(biāo)：是實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)與其它三維造型軟件聯(lián)系的接口，點(diǎn)擊該圖標(biāo)，系統(tǒng)會(huì)彈出一個(gè)打開文件的窗口，文件的后綴名默認(rèn)為.3ds，點(diǎn)擊“打開”按鈕即可在該系統(tǒng)中顯示由外部3d軟件所繪制的3d模型。

2）基本設(shè)置圖標(biāo)：可實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的背景顏色、光照，及模型的顯示方式（點(diǎn)化式、線框式、面填充式，默認(rèn)為面填充式）進(jìn)行設(shè)置。

3 工業(yè)機(jī)器人模型的裝配

實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)模擬，則要把機(jī)器人裝配好，保證模擬的正確進(jìn)行，在DrawWithOpenGL（）函數(shù)中重繪機(jī)器人模型時(shí)必須嚴(yán)格按照機(jī)器學(xué)中D-H法建立機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)，則相應(yīng)各個(gè)關(guān)節(jié)的變化矩陣可用OpenGL提供的旋轉(zhuǎn)變換函數(shù)glRotatef（m_R，x，y，z），其中m_R表示旋轉(zhuǎn)角度，x、y、z，的取值為0或1，取1表示該軸即為旋轉(zhuǎn)軸。與平移變換函數(shù)glTranslatef（m_x，m_y，m_z），其中

三個(gè)參數(shù)對應(yīng)三個(gè)坐標(biāo)軸，、、、、、表示關(guān)節(jié)間的轉(zhuǎn)換矩陣。

則機(jī)器人裝配源程序如下：

void CRenderView：：DrawWithOpenGL（GLenum mode）

{ glCallList（1）；調(diào)用顯示列表繪制機(jī)器人基座

由關(guān)節(jié)1到基座的變換矩陣

glCallList（2）；調(diào)用顯示列表繪制機(jī)器人第一個(gè)關(guān)節(jié)

…

由關(guān)節(jié)6到關(guān)節(jié)5的變換矩陣

glCallList（7）；

}

4 工業(yè)機(jī)器人軌跡模擬的實(shí)現(xiàn)

運(yùn)動(dòng)軌跡模擬可以在兩種不同的空間進(jìn)行模擬，由工業(yè)機(jī)器人軌跡規(guī)劃所提供的軌跡規(guī)劃算法，運(yùn)用C++的程序編程方法，編寫如下的程序：

BOOL Industryrobot：：Angle（） //定義一個(gè)角度類

{CMyRoate *angle；

CRenderView *pView；

angle =MyComputeReverse（CMyGpoint pt）；調(diào)用求機(jī)器人逆解函數(shù)，將插值點(diǎn)位姿轉(zhuǎn)換為關(guān)節(jié)角度

th[i][j]= CThInterploation（thata0[i]，thata[i]，totletim1，（j+1）*stime）；

CThInterploation 為三次多項(xiàng)式插值函數(shù)，其中angle0為初始關(guān)節(jié)角度，angle為終點(diǎn)關(guān)節(jié)角度，totletim運(yùn)行的時(shí)間，（j+1）*stime表示當(dāng)前時(shí)間[1]。

pView->therecord[i][j]=th[i][j]； 將插值所得角度存取到視類關(guān)節(jié)存取數(shù)組中。

軌跡規(guī)劃部分程序代碼如下：

void CLineInter：：LInterpolation（CMyGpoint gpt[]， float V， float ts）

其中CMyGpoint gpt[]插補(bǔ)點(diǎn)位姿，V插補(bǔ)速度，ts插補(bǔ)時(shí)間間隔。

如圖1是工業(yè)機(jī)器人末端從初始位置經(jīng)中間點(diǎn)該點(diǎn)位姿為，運(yùn)動(dòng)到終點(diǎn)該點(diǎn)位姿，設(shè)置模擬運(yùn)行時(shí)間4秒，每隔0.025秒進(jìn)行一次采樣，可以得到運(yùn)動(dòng)的軌跡。

圖1 三次多項(xiàng)式軌跡模擬圖

5 結(jié)束語

該模擬系統(tǒng)創(chuàng)造了用戶和機(jī)器人進(jìn)行交互的虛擬環(huán)境，對于檢測、設(shè)計(jì)機(jī)器人或者想看它運(yùn)行的軌跡等，操作人員在該模擬系統(tǒng)可以清晰觀摩到機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)狀況及其軌跡等，從而可以選擇最佳的運(yùn)動(dòng)軌跡或者設(shè)計(jì)策略，對于工業(yè)生產(chǎn)有一定的實(shí)際意義。

參考文獻(xiàn)

[1]萬三國.機(jī)械手拋光技術(shù)軌跡規(guī)劃及其仿真研究[D].五邑大學(xué)，2012.

作者簡介

萬三國（1986-），男，江西余干人，碩士研究生，研究方向：工業(yè)自動(dòng)化。endprint