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软件可自动生成多手臂的各种类型工业机器人设计方案．并进行相应的运动仿真。为工业机器人开
发商提供一种全自动化的设计工具。软件开发的基本理论与算法来自文献ｆ１１，该文献提出了一套全新的基于数理逻辑推理方法为基础的工业机器人设计方法．使工业机器人的机械本体设计完全建立在坚实的数学基础上。本文将对本软件开发的基础理论、算法及实现的部分模块进行介绍。
１
软件开发的理论基础
文献『１１提出了一种新的用于设计丁业机器人
的数理逻辑推理方法．即通过符号的推理产生机器人所有可能的方案。在机器人机构组成的表示系统中．机器人的各个手臂以及关节与一个符号表达式中的不同符号一一对应。基本符号被定义为机器人的机座Ｂ以及手臂三．操作符被定义为机器人的关节．，。关节就是彼此相邻的２个手臂之间的连接方式。这些关节被分为４种基本类型（见图１）。
天节符号表达式说明
序廿
ｌ冬ｌ示操作符
ｌ
ｏ
入
，?■厶
￡．。￡ｂ
Ｌ。（＾ｈ）绕＾Ｉ，（Ｌ。）旋坤
转并且关节轴线厶ｏ￡。
垂直丁于臂轴线
２
＿Ｌ
：；；｝
Ｌ上ｋＬ．（Ｌ。）绕Ｌｂ（Ｌ．）旋转并且火ｎ轴线厶上ＬＩ
平行于手臂轴线
Ｌ一如Ｌ。（Ｌｂ）绕Ｌｂ（Ｌ。）旋３
牡
转并且曲手臂轴￡了
ｈ—Ｌ。
线相互垂直
４
一Ｌｂ羽
Ｌｏ厶
￡。（Ｌｂ）在厶，（￡。）上滑动（即作直线运丁
ＬｂＤＬ．动）
图１
４种基本关节类型
设计公式的一般形式
＾叠ｋ｛曰｝×．，×｛厶｝×取｛Ｌ２｝ｘ…，。，×｛￡。）
式中．，——关节刀ｏ，上，］，口】；
肛一整个机构：
ｎ——手臂数目：
伊一机架：
￡广手臂。
有ｒ／，个手臂．就有４ｎ个组合方式．胗表达式
由笛卡尔乘积实现，图２为表达式的部分示例。
在这种设计环境下，只要给定手臂数目，就可以把所有可能的组合方案通过列表显示出来然后自动生成三维实体。
Ｓ０１．Ｕ，１１ｒ，Ｎ
ＥＸＰＲＥＳＳｌ０Ｎ
ＩＩ。Ｉ。Ｕ÷汀ＲＡＴｌ０Ｎ
＾Ｊ２（１。１，口）Ｍ＝Ｂ－＂Ｌｌ—正２ＤＬ３
肛五』，（０，口，１）
Ｍ＝肌虬ｌＤＬ２，厶
◇
＾，（１Ｊ舟）
Ｍ＝Ｂ＇ＬＩ上Ｌ２０厶
ｒ
图２表达式示例
２软件的基本界面开发
本软件以ＶｉｓｕａｌＣ＋＋６．０作为控制平台．图形内核采用微软公一Ｊ的免费提供的ＯｐｅｎＧＬ，是一款具有自主知识产权的软件。目前本软件实现的主要功能有：设计界面，机器人自动生成的符号推理机制．机器人三维实体的自动生成和动画演示，三维模型的放大、缩小、旋转、各向视图、显示模式、动画播放、停止、复位等基本工具按钮，及１～６个手臂机器人不同关节组合后的全部方案列表显示对话框。
三维模型及显示界面如图３所示。点击图３所示菜单中的“Ｓｃｈｅｍｅ”就可显示对话框。输入手臂数目。点击“ＯＫ”．就可以显示所有可能的方案，之后选择列表框中的任意一项．点击“Ｓｅｌｅｃｔ”就可以在屏幕中显示对应的三维模型。
图３三维模型及显不界面
３主体程序的实现
３．１
三维模型的建立
三维模型的建立是在文献『１１的理论基础上进行的．任何一种串联的机器人都是由机架、手臂和关节组成．文中把关节分为４种基本类型，所以只要建立４种关节模型、手臂模型以及机架模型即可．为了简化建模．关节和与其相连的手臂设计为一个构件．即在手臂两端各加一个关节即可。模型的基本几何单元如图４所示。在建模代码巾给每一个图形单元规定了相应的可变参数．便于今后深入开
发时几何尺寸的改变以及空间位置的调整。
第３ｌ卷第０３期基于ＯｐｅｎＧＬ的工业机器人设计三维实体专用软件开发——温鸿雁，等Ｖ０１．３１Ｎｏ．０３
圆柱的绘制过程：先调用函数ＣｙｌｉｎｄｅｒＯｕｔＦａｅｅ
Ｏ生成圆柱的外圆柱表面，然后２次调用函数
ＣｉｒｃｌｅＦｌａｔＦａｃｅＯ生成圆柱的２个底面，只要把其中的
长度参数改为对应的圆柱筒的上下底面的高度即
可．代码如下：
Ｃｙｌｉｎｄｅｒ（ｆｌｏａｔｒａｄｉｕｓ，ｆｌｏａｔｈｅｉｇｈｔ）
｛ＣｙｌｉｎｄｅｒＯｕｔＦａｃｅ（ｒａｄｉｕｓ，ｈｅｉｇｈｔ）；
ＣｉｒｃｌｅＦｌａｔＦａｃｅ（ｒａｄｉｕｓ．０．ｏ）Ｊ／圆柱的下底面在ｙ＝Ｏ处
ＣｉｒｃｌｅＦｌａｔＦａｃｅ（ｒａｄｉｕｓ，ｈｅｉｇｈｔ）；／／ｌ￥ｌ柱的上底面在ｙ＝
ｈｅｉｇｈｔ处
ｇｌＴｒａｎｓｌａｔｅｆ（０．０，ｈｅｉｇｈｔ，０．０）；），，把下次绘制的基准面
移至上底面
ｇｌＴｒａｎｓｌａｔｅｆ（ｏ?０，ｈｅｉｇｈｔ，０?ｏ），这句代码起了很重图４４种基本关节模型
要的作用，把绘图的基准面移动到了圆柱的上底面１．手臂２．机架３．关节
３．２模型的装配ｈｅｉｇｈｔ的高度，这样不管连接几个圆柱，只要重复调
本设计软件的核心之一是：不同的手臂通过关用函数Ｃｙｌｉｎｄｅｒ（ｒａｄｉｕｓ，ｈｅｉｇｈｔ）即可。
现在要绘制３个不同的半径高度的连接在一节之间的组合（即装配）生成所有可能的方案。例如
６个手臂的机器人．就有４６（４０９６）种组合．这么多起的圆柱，只要在执行函数中调用３次Ｃｙｌｉｎｄｅｒｏｉ￥ｉ组合不可能一一建立模型．所以如何实现装配是关数，输入不同的半径和高度，代码如下：
键。装配的基本思路是把机架、手臂、４种基本关节Ｃｙｌｉｎｄｅｒ（Ｏ．５，０．６）；／／第１个圆柱
的模型作为基本元素．然后依次装配。这样就把关Ｃｙｌｉｎｄｅｒ（Ｏ．４，０．６）；／／第２个圆柱
节之间的组合转化为手臂和手臂之间的连接。手臂Ｃｙｌｉｎｄｅｒ（０．６，０．４）；／／第３个圆柱
的几何参数除了系统默认的以外亦可由用户设置。运行程序后，即可得到相对应的图形。
下面以绘制圆柱体为例．以此说明手臂之间的本设计软件的程序中就是利用上面这种方法连接方法。部分代码如下：来进行机器人的手臂之间的连接的，这种方法大大绘制圆柱的外圆柱表面函数．函数中设置了半节省了时间，使代码能尽可能减少。
径和长度２个参数３．３模型的动画演示
ＣｖｌｉｎｄｅｒＯｕｔＦａｃｅ（ｎｏａｔｒａｄｉＵＳ，ｆＩｏａｔｌｅｎｇｔｈｌ关于机器人的ｉ维模型运动演示的实现，在程
序中是给每种关节设置了运动参数，不论几个手臂ｆｆｌｏａｔａｎｇｌｅ：０．０，ｉｎｔｉ；
ｇｌＳｅｇｉｎｆＧＬＱＵＡＤＳＴＲＩＰ）：的机器人，都按照设定的运动值进行运动。如图４
ｆｏｒ（ｉ：０：ｉ＜１００：ｉ＋：１１所示的４种关节类型运动的控制函数和运动变量
｛ａｎｇｌｅ＝ｉ＊２＊ｐｉ／９０；分别是：
ｇｌＶｅｒｔｅｘ３ｆ（ｒａｄｉｕｓ＊ｃｏｓ（ａｎｇｌｅ），０．０，ｒａｄｉｕｓ＊ｓｉｎ（ａｎｇｌｅ））；移动关节ｇｌＴｒａｎｓｌａｔｅｆ（Ｏ．０，ｍｏｖｅ＿ｌｏｃａｔｉｏｎ，０．ｏ）Ｊ／移
一Ｖｅｒｔｅｘ３ｆ（ｒａｄｉｕｓ木ｃｏｓ（ａｎ西ｅ），ｌｅｎｇｔｈ，ｒａｄｉｕｓ＊ｓｉｎ（ａｎｇｌｅ））；ｌ变量值要根据手臂长度来具体确定
ｇｌＥｎｄ０；ｌ垂直旋转关节ＲｏｔａｔｅＦｕｎｃ（Ｏ．０，Ｖ—ａｎｇｌｅ＿ｖａｒｉｅｔｙ，０．０）；
绘制圆柱的上下２个底面所要调用的函数（设／／旋转角度范围为３６００
置了半径和高度２个参数）铰链关节ＲｏｔａｔｅＦｕｎｃ（Ｇ＿ａｎｇｌｅ＿ｖａｒｉｅｔｙ，０．０，０．ｏ）Ｊ／旋
ＣｉｒｃｌｅＦｌａｔＦａｃｅ（ｆｌｏａｔｒａｄｉｕｓ，ｆｌｏａｔｙＤｉｓｔａｎｅｅ）转角度范围为１８０。
｛ｆｌｏａｔｘ＝Ｏ．０，ｙ＝Ｏ．０，ｚ＝Ｏ．０，ｉｎｔｉ；回转关节ＲｏｔａｔｅＦｕｎｃ（Ｏ．０，Ｒ＿ａｎｇｌｅ＿ｖａｒｉｅｔｙ，０．Ｏ）∥回
ｇｌＢｅｇｉｎ（ＧＬ＿ＰＯＬＹＧＯＮ）；转角度范围为３６０。
ｆｏｒ（ｉ＝０；ｉ＜１０００；ｉ＋＝１０）这里具体的运动参数值在执行函数里进行设
｛ｘ＝ｒａｄｉｕｓ木ＣＯＳ（ｉ＇２木ｐｉ／１０００）；Ｚ＝ｒａｄｉｕｓ串ｓｉｎ（ｉ＇２丰ｐｉ／置。然后可以在如图５中所示５个手臂机器人的所
１０００）；有方案中任选一种。例如这里选择第１５６种，点击
ｇｌＶｅｒｔｅｘ３ｆ（ｘ，ｙＤｉｓｔａｎｃｅ，ｚ）；｝“Ｓｅｌｅｃｔ”按钮显示三维模型，然后点击‘》｛按钮即可ｇｌＥｎｄ０；｝看到运动演示如图５所示。
第３１卷第０３期煤矿机械Ｖ０１．３１Ｎｏ．０３
２０１０年０３月ＣｏａｌＭｉｎｅＭａｃｈｉｎｅｒｙＭａｒ?２０１０基频发射器设计
（华东交通大学机电工程学院，南昌３３００１３）
摘要：基于ＡＴ８９Ｃ５１单片机与调频发射专用集成电路（ＢＨｌ４１５Ｆ），采用软件与硬件相结合的方法实现设计要求。完成了键盘控制、ＬＣＤ模块和调频发射模块的硬件电路设计。通过编写相应控制程序，实现键盘控制、频率设置和ＬＣＤ显示发射频率等功能。该系统有结构简单，频率设置灵活等特点．可用于小范围的无线调频广播。
关键词：单片机：调频；数控；设计
中图分类号：ＴＰ３６８文献标志码：Ａ文章编号：１００３—０７９４（２０１０）０３—０２４６—０３ＤｅｓｉｇｎｏｆＮｕｍｅｒｉｃａｌＣｏｎｔｒｏｌＦｒｅｑｕｅｎｃｙ
ＭｏｄｕｌａｔｉｏｎＬａｕｎｃｈｅｒＢａｓｅｄｏｎ
Ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ
ＸＩＥＳａｎ－ｍａｏ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＥａｓｔＣｈｉｎａＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｃｈａｎｇ３３００１３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｒｅａｌｉｚｅｓｔｈｅｄｅｓｉｇｎｄｅｍａｎｄｓｔｏａｄｏｐｔｆｉｏｆｔｗａｌ＇ｅａｎｄｈａｒｄｗａｒｅｄｅｓｉｇｎｂａｓｅｄｏｎｓｉｎｇｌｅ－ｃｈｉｐＡＴ８９Ｃ５１ａｎｄｔｈｅｓｐｅｃｉｆｉｃｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｃｉｒｃｕｉｔＢＨ１４１５ＦｏｆＦＭｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ．Ｉｔｃｏｍｐｌｅｔｅｓａｈａｒｄｗａｒｅｃｉｒｃｕｉｔｄｅｓｉｇｎｏｆｋｅｙｂｏａｒｄｃｏｎｔｒｏｌ，ＬＣＤｄｉｓｐｌａｙａｎｄＦＭｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ．Ｔｏｃｏｍｐｉｌｅｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｃｏｄｅｓ．ｉｔｒｅａｌｉｚｅｓｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｓｏｆｋｅｙｂｏａｒｄｃｏｎｔｒｏｌ，ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｈａｎｇｅａｎｄＬＣＤｓｈｏｗ．，１１ｌｅｓｙｓｔｅｍｈａｓｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｉｍｐｌｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｓｅｔｔｉｎｇｆｒｅｑｕｅｎｃｙｅａｓｉｌｙ．ＩｔｃａｎｂｅｕｓｅｄｔｏｗｉｒｅｌｅｓｓＦＭｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｓｍａｌｌａｒｅａ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ；ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｃｏｎｔｒｏｌ；ｄｅｓｉｇｎ
０前言信号，发射频率固定单一，稳定性较差。使用数控调
采用模拟振荡器的小功率调频广播发射广播频发射模块制作小功率调频广播发射器，不仅稳定．｜止Ｊ止Ｊ止且皿业．址ｊ止业业业舢址业“Ｊ止业ｊ止．王止Ｊ止舢舢“舢“姒舢舢“龇舢舢舢—止“扯舢舢ｊｔｊ＿Ｌ舢—址—址?“－．址
员。Ｒｏｂｏｔ—Ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ也为在校大学生工业机器人
创新设计提供了强有力的工具。工业机器人在我国
依然是一个幼稚产业．本软件的开发成功将会对我
国工业机器人走向成熟起到积极作用。本文所述内
容为本软件其他模块的开发奠定了基础。
参考文献：
［１］ＤｕａｎＪｉａｎｚｈｏｎｇ（段建巾），ＳｙｍｂｏｌｉｃＲｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎａｌＳｙｓｔｅｍａｎｄａ
ＧｅｎｅｒａｌＤｅｓｉｇｎｉｎｇＭｅｔｈｏｄｆｏｒＲｏｂｏｔＭａｎｉｐｕｌａｔｏｒＩＣ］．１ｎ３２ｎｄ
ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＳｙｍｐｏｓｉｕｍｏｎＲｏｂｏｔｉｃｓ，ｓｅｏｕｌ，ｓｏｕｔｈＫｏｒｅａｄｔｐｄｌ，２００１．
［２］郭兆荣，王彦著．ＶｉｓｕａｌＣ＋＋ＯｐｅｎＧＬ应用程序开发【Ｍ】．北京：人
图５方案选择及动画演不界面
关于动Ｉ田ｉ演示．进一步的Ｔ作是允许用户自主控制各个关节的运动．由用户规定每个关节或手臂的运动学参数以及运动范围来控制机器人的运动。４结语
工业机器人的全自动设计软件（结构设计、运动仿真、力学分析）尚未见国内外有任何报道。本软件基于一种全新的理论与算法开发了一种实用的工业机器人设计工具．使设计过程由手工阶段的经验走向理性．其面对的用户主要是工业机器人开发厂商的设计人员、学术及教育部门的机器人研究人
民邮电冉版社．２００６．
［３］ＳｔａｎｌｅｙＢ．Ｉ．ｉｐｐｍａｎ，ＪｏｓｅｅＬ旬ｏｉｅ，李师贤、蒋爱军译．Ｃ＋＋Ｐｒｉｍｅｒ中文版（第四版）ＬＭ］．北京：人民邮电出版社．２００９
【４］ＡｌａｎＳｈａｌｌｏｗａｙ，ＪａｍｅｓＲ．Ｔｒｏｔｔ著，徐亩声译．设计模式解析（第二版）［Ｍ］．北京：人民邮电出版社，２００９．
［５】ＯｐｅｎＧＬ体系结构审核委员会，邓郏祥译．ＯｐｅｎＧＬ编程指南（第四版）［Ｍ］．北京：人民邮电出版社，２００５．
［６］明Ｅｌ科技编著．ＭＦＣ程序开发参考大全［Ｍ］．北京：人民邮电出版礼．２００７．
作者简介：温鸿雁（１９８４一），女，山西长治人，硕士，从事先进制造技术研究，ＣＡＤ／ＣＡＭ研究。电子信箱：２５３９１２６７６＠ｑｑ．ＣＯｒｔＬ
责任编辑：于淑清收稿日期：２００９－０８－－０４
基于OpenGL的工业机器人设计三维实体专用软件开发
作者：温鸿雁， 段建中， 杜鑫强， WEN Hong-yan， DUAN Jian-zhong， DU Xin-qiang
作者单位：宁夏大学机械工程学院,银川,750021
刊名：
煤矿机械
英文刊名：COAL MINE MACHINERY
年，卷(期)：2010,31(3)
被引用次数：1次
参考文献(6条)
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3.Stanley B.Lippman;Josee Lajoie;李师贤;蒋爱军C++Primer中文版 2009
4.Alan Shalloway;James R.Trott;徐言声设计模式解析 2009
5.OpenGL体系结构审核委员会;邓郑祥OpenGL编程指南 2005
6.明日科技MFC程序开发参考大全 2007
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3.曹自洋.郝矿荣OpenGL在机器人三维动态仿真系统中的应用[期刊论文]-计算机应用研究2004,21(5)
4.张兴国.臧铁生.刘明.ZHANG Xing-guo.ZANG Tie-sheng.LIU Ming基于OpenGL仿真的装配机器人离线编程系统[期刊论文]-系统仿真学报2005,17(10)
5.翟雪琴.郝矿荣.曹自洋基于OpenGL的工业机器人动力学仿真的研究[期刊论文]-机床与液压2004(7)
6.温红艳基于OpenGL的工业机器人本体设计方案生成软件开发[学位论文]2010
7.欧永盛.方晓庆CAD/CAE在工业机器人设计中的应用[会议论文]-1998
8.熊国辉基于OPENGL技术6R机器人的仿真[学位论文]2006
9.原大宁.崔冬.Yuan Daning.Cui Dong基于OpenGL的M_6iB型FANUC 机器人三维运动仿真[期刊论文]-机械科学与技术2007,26(12)
10.杨华.田新诚.许传俊工业机器人三维仿真系统的设计与实现[期刊论文]-机器人技术与应用2002(5)
引证文献(1条)
1.杜鑫强.段建中.王海明工业机器人本体机械结构设计专用软件开发[期刊论文]-煤矿机械 2011(2)
本文链接：https://www.doczj.com/doc/d815530672.html,/Periodical_mkjx201003102.aspx