焊接机器人运动学三维图形仿真 1机器人三维仿真系统 机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术。随着计算机技术的不断发展，随着机器人的普及与应用领域的不断扩大，对机器人的高实时控制、高精度、高可靠性等性能要求不断提高。为了能快速地对机器人进行运动学分析，实现机器人机构和控制器的优化设计，建立机器人三维图形仿真系统是十分必要的. 1.1机器人三维图形仿真 图形仿真是机器人离线编程系统必不可少的组成部分，利用计算机图形学的成果，建立起机器人及其环境的实体模型，借助于所建模型对机器人的运动进行仿真，可以形象逼真地反映机器人工作运动地全过程，规划出最优的运动轨迹和实时检测机器人干涉碰撞情况，这对于机器人的研究、试验及其应用具有很重要的指导意义。 机器人运动学三维图形仿真是机器人研究和应用的一项很重要的内容，它涉及机器人机构学、机器人运动学、机器人零件建模、仿真机器人三维实现和机器人运动控制等。仿真利用计算机可视化和面向对象的手段，模拟机器人的动态特性，帮助研究人员了解机器人工作空间的形态及极限，揭示机构的合理的运动方案和控制算法，从而解决在机器人设计、制造和运行过程中的问题，避免了直接操作实体可能造成的事故和不必要的损失，其仿真的一般流程如图5.1所示一个机器人应用项目开发之前，如果利用机器人仿真软件先制作出设计方案中的机器人模型，为机器人本体方案设计提出依据，并在这台“机器人”上模拟能够实现的功能，使用户直接看到设计效果，及时找出缺点和不足，进行改进，这将使机器人的研究和生产进入一个可预知的新时代. 目前国内基本没有针对机器人仿真没有成型产品，只有一些不成熟的对某些新产品的仿真，或对个别机器人或机器人某个方面的仿真，尚无真正用来仿真机器人运动的成形工具。国外有一些商品软件如RobotCAD, ROTSY和Evision等系统，虽然RobotCAD功能齐全，但是价格比较昂贵，不能够普遍推广，ROTSY是基于Motoman机器人的专用仿真系统，普遍性不够且价格也比较高.所以，操作方便、可满足简单仿真功能、成本低廉的仿真系统在理论研究和工程上都具有较高的实际价值。机器人仿真系统正朝着通用化、完整化、交互式计算机图形化智能化和商业化的方向发展.本文研究的运动学三维图形仿真的目的就是提供一种操作简单、可满足基本仿真功能、低成本和具有使用价值的机器人运动仿真平台。 1.2图形仿真系统的结构 仿真系统有图形建模模块、图形接口模块、图形绘制模块、视图模块、控制模块、运动学原理模块和工作文件模块等组成.系统结构图如图5.2所示: 1图形建模模块 在建模软件中采用相对坐标系，分开建立机器人各零件模型，确定出每个零件与上下零件连接的关节点。以上关节为坐标原点建立零件，输出图形数据文件。 上零件姿态变化，下零件位置信息不须做任何变化，自动在新的关节位置上建构，每个零件的信息独立。 2图形接口模块 仿真软件读入图形数据文件，识别文件格式，建立起各零件数据信息.包括零件上组成三角面片的每个点的坐标、颜色、方向矢量，以及点的组合信息。 3图形绘制模块 根据各零件信息用Matlab绘图绘制零件、关节，添加颇色、投影，并根据关节空间位置、角度等信息组合零件，显示机器人整体. 4视图模块 将机器人在四个不同视角的视窗中定位、显示，实现远近、移动、旋转、网格背景等视图辅助功能. 5控制模块 制作模拟机器人运动的控制面板，及各零件信息随控制命令的更改，执行用户对机器人的控制操作。 6运动学原理模块 以机器人运动学正解、逆解算法为原理编写各关节量与末端执行器位姿之间的数学关系。 7工作文件模块 规定工作文件数据机构格式，实现工作文件的读写、保存等功能.工作文件可以发送到下位机连接端口，对真正的机器人进行操作。

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