基于OpenGL的机械臂虚拟仿真.pdfVIP

L的机械臂虚拟仿真六 基孑OpenG 口张冬梅 口喻勇涛 口刘志林 口朱齐丹 哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨150001 摘要：结合Visual C++和OpenGL，对蒸汽发生器检修机械臂进行了可视化仿真，建立了一个开放的、基础功能完 整的仿真平台。首先采用调用OpenGL函数和加载3DS文件相结合的方法绘制了三维模型；其次从运动正解和反解两方 面对机械臂进行了运动学分析，建立了运动学模型；最后，对机械臂工作过程的各种碰撞情况进行了分析，实现了碰撞检 测算法。 机械臂碰撞检测虚拟仿真 关键词：OpenGL 中图分类号：TH873．7 文献标识码：A 臂各关节之间的运 OpenGL是一个与平台无关的三维图形库，提供了 数百个库函数供用户使用，图形程序员利用这些函数 动，所以不能把机械 可以生成具有良好真实感和沉浸感的三维图形。目前， 臂作为一个整体绘 制，而只能分关节绘 OpenGL广泛应用于游戏、医学影像、地理信息和气象 模拟等领域，是高性能图形和交互性场景处理的工业 制，最后进行整体组 标准…。 装。绘制完成的机械 蒸汽发生器是核电系统的反应堆冷却回路和蒸汽 臂模型如图1所示。 发生回路之间的连接枢纽，由于各种腐蚀常导致其故 1．2蒸汽发生器模 障，为了保持整个系统的安全稳定运行，需要对蒸汽发 型的绘制 生器做定期的检修和维护，但是由于发生器内部存在 蒸汽发生器造 对人体有害的放射性物质，需要用机械臂代替人来完 型比机械臂复杂，并 成检修工作。 且由于它是作为一 对检修机械臂进行可视化仿真，不但可以进行理 个整体出现在三维 论研究，如验证各种控制算法的有效性，还可以为实践 场景中，各个子部件 活动节约成本、节省时间，具有较大的理论意义和现实 之间无相对运动，使 意义。 用OpenGL直接绘制 是一件十分烦琐的 1 模型绘制 工作。而3DS MAX是一个很好的建模工具，通过对简 需要绘制的模型包括机械臂模型和蒸汽发生器模 单几何形体进行并、交、切等布尔运算和曲面编辑等就 能构造出复杂的几何形体。 型。其中，机械臂的模型可以通过OpenGL直接进行绘 MAX绘 首先在3DSMAX中绘制蒸汽发生器模型，完成绘 制，而蒸汽发生器的模型则由建模软件3DS 制，导出成3DS格式文件后通过程序加载的方式进行 制后，利用3DSMAX提供的文件导出功能把模型导出 绘制。 成3DS格式的文件，最后利用事先编好的解析3DS文 1．1机械臂模型的绘制 件的C++类把模型数据加载至仿真程序中，调用 机械臂是一个较为复杂的空间多连杆机构，要在 OpenGL提供的渲染函数绘制出蒸汽发生器模型，模型 计算机上以图形方式输出外形图，需要对其实际几何 如图2所示。 形状进行适当简化，绘制时应先将其分解为几个臂，再