一种机械臂三维仿真示教系统技术方案

一种机械臂三维仿真示教系统，涉及一种机械示教系统，该系统是基于OpenGL开放图形库作为内核，使用C++程序开发语言在QT平台上开发的一款三维仿真系统，该系统可以展示通过OpenGL绘制的三维模型，也可以导入在第三方构造的三维模型，可以实时的观察机械臂的状态。除此之外，可以手动控制机械臂各关节的角度，使之处于有利位置；通过导入外部的算法程序和数据，自动控制机械臂的位姿。本发明专利技术具有明确清晰，方法验证有效等特点，可广泛用于机械臂仿真，教学示教。教学示教。教学示教。

【技术实现步骤摘要】
一种机械臂三维仿真示教系统


[0001]本专利技术涉及一种机械示教系统，特别是涉及一种机械臂三维仿真示教系统。

技术介绍

[0002]工业制造领域任务过程中，由于机械臂的造价成本，操作的复杂性，许多实验往往很难进行实际实施。高成本和高风险性的特点，在执行工业制造任务时，必须进行无数次的实验操作，这些成本都是极高的。现实的环境和不可抗力的影响，致使专业人员必须考虑最坏的影响，还有突发状况的应对策略。这就对工业制造任务带来极大的挑战。
[0003]在示教领域，三维模型有很多格式，基本上每个厂家都会有一个自己的三维模型格式，而且大多不会兼容，这就对于研究机器人仿真造成了困难，Matlab对于数据和求解很方便，但是对于三维模型演示又很吃力，需要既可以读取求解数据又可以演示仿真。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种机械臂三维仿真示教系统，该系统基于OpenGL开放图形库作为内核，使用C++程序开发语言在QT平台上开发的一款三维仿真系统，该系统可以展示通过OpenGL绘制的三维模型，也可以导入在第三方构造的三维模型，可以实时的观察机械臂的状态。除此之外，可以控制机械臂各关节的角度，可以嵌入外部程序代码，控制三维模型的变换。本专利技术具有明确清晰，方法验证有效特点，广泛用于机械臂仿真，教学示教。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种机械臂三维仿真示教系统，所述系统包括两个模块：三维可视化和控制仿真模块；三维可视化包括三维模型的绘制，机械臂的导入，引入冯氏光照，摄像机系统，天空盒，模型的变换；控制仿真包括机械臂的控制，模块的搬运，机械臂的路径规划，嵌入外部算法执行程序；所述三维模型的绘制模块，通过绘制三维模型的顶点，纹理，着色器元素显示三维模型在系统中；所述机械臂的导入模块借助外部三维软件构造的机械臂导入到系统中，支持三维格式的导入；所述引入冯氏光照模块，其三维模型和机械臂真实有光照阴影，有现实效果；所述摄像机系统模块，通过鼠标拖动控制摄像机的角度，通过键盘控制摄像机的位置，观察模型各角度方位；所述天空盒模块，包裹这整个系统的外围，仿真操作环境中执行各种任务；所述模型的变换模块，通过位移、旋转、缩放改变三维模块和机械臂的现有状态；所述机械臂的控制模块，控制机械臂的各关节角度，使机械臂完成任务，达到示教效果。
[0006]所述的一种机械臂三维仿真示教系统，所述模块的搬运模块，控制机械臂的位置和角度，更换故障模块，使机器正常作业。
[0007]所述的一种机械臂三维仿真示教系统，所述机械臂路径规划模块，其事先告诉机械臂要去执行的任务，规划最短路径，到达指定位置，执行指定的任务。
[0008]所述的一种机械臂三维仿真示教系统，所述嵌入外部算法执行程序模块，其系统执行外部c++或者matlab代码，导入一个外部机械臂，执行matlab代码，解机械臂数据，实现
机械臂运动控制。
[0009]本专利技术的优点与效果是：1． 由于三维模型的格式众多，没有一个可以适配所有格式的软件，本系统可以适配大部分三维格式的文件，导入就可以观看，使用，变换。
[0010]2． 可以嵌入其他代码到此系统当中，这样来不仅可以显示实时三维逼真的仿真效果，还可以解析机械臂的数据结构，来完成各种任务需要。
[0011]3． 摄像机系统引入到本系统中，可以实时的全方位多角度的观察机械臂的位姿。
附图说明
[0012]图1为本专利技术系统结构流程图。
具体实施方式
[0013]下面结合附图所示实施例对本专利技术进行详细说明。
[0014]一种机械臂三维仿真系统，包括三维可视化和控制仿真两个大模块组成，所述三维可视化包括三维模型的绘制，机械臂的导入，引入冯氏光照，摄像机系统，天空盒，模型的变换；所述控制仿真包括机械臂的控制，模块的搬运，机械臂的路径规划，嵌入外部算法执行程序。
[0015]三维模型的绘制，此模块采用OpenGL关键技术，绘制顶点，着色器，纹理等元素完成绘制一个三维模型在系统中展示，可以实现变换。
[0016]机械臂导入模块，将市面上大部分的三维模型格式文件进行适配，可以导入几乎所有的三维模型，并可以展示在系统上进行仿真示教。
[0017]摄像机系统模块，通过鼠标拖动控制摄像机的角度，通过键盘控制摄像机的位置，更加方便快捷，有利于仿真任务的进行。
[0018]天空盒和冯氏光照模块，仿真环境更加逼真有效。
[0019]模型变换模块，通过平移、旋转、缩放绘制的三维模型或者导入的模型可以实现作业任务和系统的模型布局。
[0020]机械臂控制模块，可以通过两种方式控制机械臂的运动，第一，可以手动控制机械臂各关节的角度值，第二，机械臂可以自动的完成个角度值的变化，通过事先的预设。以此来完成各种任务。
[0021]模块的搬运，嵌入外部算法执行程序模块，二个模块相互作用，嵌入代码执行程序，计算机械臂的运动轨迹，达到模块搬运的功能。
[0022]机械臂路径规划模块，事先告诉机械臂要去执行的任务，规划最短路径，到达指定位置，执行指定的任务。
[0023]实施例1：请参阅附图1，本专利技术提供一种机械臂三维仿真系统，包括三维可视化模块和仿真控制模块，系统中通过OpenGL的三维图形的绘制，绘制出三维模型，导入机械臂模型，通过各种平移、旋转、缩放变换到达指定位置，机械臂轨迹规划，完成各种任务的仿真工作。此外嵌入到系统中的程序可以导入不同的机械臂以适应不同的任务。
[0024]实施例2：
此实施例和实施例一基本一致，不同点在于不需要绘制模型，直接导入不同的机械臂，嵌入机械臂的代码和数据包控制不同的机械臂完成任务需要，以此来仿真示教。
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机械臂三维仿真示教系统，其特征在于，所述系统包括两个模块：三维可视化和控制仿真模块；三维可视化包括三维模型的绘制，机械臂的导入，引入冯氏光照，摄像机系统，天空盒，模型的变换；控制仿真包括机械臂的控制，模块的搬运，机械臂的路径规划，嵌入外部算法执行程序；所述三维模型的绘制模块，通过绘制三维模型的顶点，纹理，着色器元素显示三维模型在系统中；所述机械臂的导入模块借助外部三维软件构造的机械臂导入到系统中，支持三维格式的导入；所述引入冯氏光照模块，其三维模型和机械臂真实有光照阴影，有现实效果；所述摄像机系统模块，通过鼠标拖动控制摄像机的角度，通过键盘控制摄像机的位置，观察模型各角度方位；所述天空盒模块，包裹这整个系统的外围，仿真操作环境中执行各种任务；所述模型的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈永祯，连莲，
申请(专利权)人：沈阳化工大学，
类型：发明
国别省市：