基于OpenGL的工业机器人运动仿真软件的设计与实现

摘要

工业机器人在现代工业、尤其是制造加工业上起着极其重要的作用。随着工业机器人被日益广泛地应用到实际生产中，利用计算机预先对机器人及其工作环境乃至生产过程进行仿真可以得到很好的辅助效果。机器人仿真的目的就是在不接触实际机器人及其工作环境的情况下，通过计算机图形技术，提供一个和机器人进行交互作用的虚拟环境。 机器人运动学仿真是机器人仿真系统的一个重要组成部分，它将机器人的运动学仿真结果以3D图形的方式显示出来，直观的显示机器人的运动情况，研究人员能在计算机屏幕上看到机器人的运动方式，轨迹规划的结果。在前人的基础上本文着重对工业机器人运动学、轨迹规划、空间碰撞检测和计算机图形学等进行了讨论。 本文主要做了如下工作：首先，论文对工业机器人、机器人仿真技术的发展概况进行了概述，总结，分析了机器人连杆坐标系及机器人正向运动学，反向运动学；其次，本文重点分析工业机器人轨迹规划，在五次多项式插值轨迹规划基础上进一步完善含多个途经点及抛物线过渡轨迹规划；第三，总结机器人关节空间常见的几种碰撞检测算法，提出一种快速碰撞检测算法：本文阐述了该算法的设计思想和具体设计过程，并进行了详细的模拟分析。最后，本文根据上述算法开发设计了一个基于OpenGL的机器人运动仿真系统程序。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪 论

1.1研究背景

1.2研究现状

1.2.1国内研究现状

1.2.2国外研究现状

1.3机器人仿真实现的几种途径

1.4本论文的主要研究工作

第2章工业机器人运动学基础

2.1机器人坐标系及其变换

2.1.1机器人动坐标位姿描述

2.1.2齐次变换及运算

2.2工业机器人转动连杆坐标系的建立及连杆的(D-H)参数

2.3机器人运动学方程

2.4正向运动学

2.5反向运动学

2.5.1分离变量法求解运动学逆问题

2.5.2运动学逆解不存在问题

2.5.3运动学逆解的多解性

2.6本章小结

第3章 工业机器人的轨迹规划

3.1关节空间轨迹规划

3.1.1五次多项式插值的轨迹规划

3.1.2含多个途经点的直线与抛物线过渡的轨迹规划

3.2测试数据

3.3本章小结

第4章碰撞检测算法

4.1碰撞检测概述

4.2常见的几种碰撞检测算法

4.3本课题给出的一种快速碰撞检测算法

4.3.1多自由度机器人关节实体简化建模

4.3.2三维干涉问题转化为二维干涉问题

4.3.3平面直角坐标系几何图形相交判断

4.3.4碰撞检测算法

4.5本章小结

第5章 仿真软件的设计与实现

5.1 OpenGL的环境图形建模

5.1.1 OpenGL概述

5.1.2 OpenGL工作流程与图形绘制方式

5.1.3利用MFC程序建立程序框架

5.2机器人编程语言

5.3概要设计

5.4详细设计

5.4.1设置OpenGL图形绘制环境

5.4.2机器人数据结构

5.4.3机器人杆件的自动装配

5.4.4机器人模型的创建

5.4.5外部三维模型的建立与读取

5.4.6碰撞检测

5.5系统实现及软件测试

5.5.1仿真软件简介

5.5.2软件测试

5.5本章小结

第6章 总结与展望

6.1全文总结

6.2下一步工作设想

致谢

参考文献

在学期间发表的学术论文和参加科研情况