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文章编号:1002-6886(2005)06-0004-02OPENGL 中工业机器人三维模型的实现张永林,陈富林(南京航空航天大学机电学院,江苏 南京 210016)作者简介:张永林(1979 ),男,河南新乡人,在读硕士研究生。
收稿日期:2005-8-11摘要:本文阐述了在基于VC++6.0上的OPENGL 中绘制工业机器人的一种方法。
此方法利用3D Stud i oMAX 给工业机器人建模并将其保存为3DS 格式的文件,然后利用程序将3DS 文件直接输入到OPENGL 场景中。
关键词:3D Stud i oMAX VC++ OPENGL 工业机器人The R ealiz a ti on of Three di m ensi on of Indust rial R obo t I n OPENGLZHANG Y o ng li n ,CHEN Fu li nAbstract :This paper i ntroduces am ethod of dra w i ng Industrial Robot i n OPENGL based on VC ++6.0.Them et hod models Indus tri al Robot i n 3D Stud i oMAX and saves them odel as file of 3DS ,then m i ports t he 3DS fil e i nto OPENGL through progra m.Key words :3D St udioMAX;VC++;OPENGL;Industri al Robot1 引言O PENGL (即开放型性图形库O pen G raph ics L i brary)是近几年发展起来的一个性能卓越的三维图形标准,它源于SG I 公司为其图形工作站开发的I R IS GL,在跨平台移植过程中发展成为OPENG L ,后成为工业标准[1]。
2007届机械设计制造及其自动化专业毕业设计（论文）毕业设计（论文）题目四自由度圆柱坐标机器人设计专业机械设计制造及其自动化班级机038学生1111指导教师谢敬2007 年一、毕业设计(论文)课题来源、类型来源：工程类型：工业机器人二、选题的目的及意义机器人是人类19世纪的重大发明之一。
据国外专家预测，21世纪将是机器人技术革命的世纪，机器人作为全面延伸和扩展人的体力和智力的手段将实现“当代最高意义上的自动化”。
机器人的应用和普及正在改变人类的生产方式、生活方式和作战方式。
在非常规和极端制造过程中，工业机器人是不可缺少的自动化装备。
与发达国家相比，我国的机器人技术与产业有很大差距，但是随着我国国民经济的持续发展，适应加快实现经济结构调整和产业升级，提高整个工业的自动化水平和满足人民生活的需要，我国机器人技术将取得更大的发展。
作为21世纪的中国大学生，我们将是经济建设的主干力量，也将挑起科技兴国的重任。
机器人技术作为推动经济发展的重要工具。
三、本课题在国内外的研究状况及发展趋势我国的机器人研究开发工作始于上世纪70年代初，到现在已经历了30年的历程。
前10年处于研究单位自行开展研究工作状态，发展比较缓慢。
1985年后开始列入国家有关计划，发展比较快。
特别是在“七五”、“八五”“九五”机器人技术国家攻关、“863”高技术发展计划的重点支持下，我国的机器人技术取得了重大发展。
在机器人基础技术方面：诸如机器人机构的运动学、动力学分析与综合研究，机器人运动的控制算法及机器人编程语言的研究，机器人内外部传感器的研究与开发，具有多传感2007届机械设计制造及其自动化专业毕业设计（论文）器控制系统的研究，离线编程技术、遥控机器人的控制技术等均取得长足进展，并在实际工作中得到应用。
在机器人的单元技术和基础元部件的研究开发方面：诸如交直流伺服电机及其驱动系统、测速发电机、光电编码器、液压（气动）元部件、滚珠丝杠、直线滚动导轨、谐波减速器、RV减速器、十字交叉滚子轴承、薄壁轴承等均开发出一些样机或产品。
SHANGHAI UNIVERSITY毕业设计（论文）UNDERGRADUATE PROJECT (THESIS)题目:基于OpenGL的机器人三维仿真环境设计学院: 机电工程与自动化学院专业: 机械工程及自动化学号:学生姓名:指导教师:起讫日期:目录摘要:-----------------------------------------------------------------------------------------------------1 ABSTRACT-------------------------------------------------------------------------------------------------1 1第一章绪论------------------------------------------------------------------------------------------4 2第二章基于OpenGL的三维仿真图形设计---------------------------------------------------8 3第三章仿人机器人的三维建模-----------------------------------------------------------------19 4第四章仿人机器人运动学仿真-----------------------------------------------------------------29 5第五章总结-----------------------------------------------------------------------------------------466 致谢---------------------------------------------------------------------------------------------------477 参考文献---------------------------------------------------------------------------------------------48基于OpenGL的机器人三维仿真环境设计摘要仿真技术是机器人研究领域中的一个重要部分，随着机器人研究的不断深入，机器人仿真系统作为机器人设计和研究过程中安全可靠灵活方便的工具，发挥着越来越重要的作用。
毕业设计任务书摘要气缸体下部用来安装曲轴的部位称为曲轴箱，曲轴箱分上曲轴箱和下曲轴箱。
上曲轴箱与气缸体铸成一体，下曲轴箱用来贮存润滑油，并封闭上曲轴箱，故又称为油底壳图。
油底壳受力很小，一般采用薄钢板冲压而成，其形状取决于发动机的总体布置和机油的容量。
油底壳内装有稳油挡板，以防止汽车颠动时油面波动过大。
油底壳底部还装有放油螺塞，通常放油螺塞上装有永久磁铁，以吸附润滑油中的金属屑，减少发动机的磨损。
在上下曲轴箱接合面之间装有衬垫，防止润滑油泄漏。
AbstractThe lower cylinder body is used to install the crankshaft position called the crankcase,crankshaft box is divided into an upper and lower crankcase crankcase. On the crankcase and the cylinder body are cast into integration, lower crankcase used for the storage of lubricating oil, and closed on the crankcase, it is also known as the oil bottom shell diagram. Oil bottom shell stress is small, the general use of thin steel plate stamping, general arrangement and oil to the engine and its shape depends onthe capacity of. Oil bottom shell is provided with a stable oil baffle plate, in order to prevent the car bump when oil surface fluctuation is too big. The oil pan bottom is also provided with a drain plug, usually oil drain plug is provided with a permanent magnet,to scrap metal adsorption in lubricating oil, reduce engine wear. A liner is arranged in the upper and lower curve between the crankcase joint surface, prevent leakage of lubricating oil.目录一，曲轴箱的功能及其意义二，三维建模的概念及意义2.1，solidworks软件简介2.2，solidworks应用特点2.2.1 用户界面2.2.2配置管理2.2.3装配设计2.2.4工程图2.3模块介绍2.3.1 零件建模2.3.2曲面建模2.3.3钣金设计三，曲轴箱的设计3.1创建模型3.2模型装配3.3模型渲染四，设计方案分析五，总结六，参考文献一，曲轴箱的功能及其意义气缸体下部用来安装曲轴的部位称为曲轴箱，曲轴箱分上曲轴箱和下曲轴箱。
目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)第一章绪论 (1)1.1虚拟现实技术概述 (1)1.1.1虚拟现实技术的特征和系统分类 (1)1.1.2虚拟现实技术的发展 (2)1.1.3虚拟现实技术的应用 (3)1.2国内外工业机器人发展现状 (4)1.3OpenGL概述 (6)1.4基于OpenGL虚拟机器人及零件库系统研究的意义 (6)1.5论文主要章节安排 (7)第二章六自由度机器人的数学建模分析 (9)2.1机器人的机械结构 (9)2.1.1机器人的主要技术参数 (9)2.1.2机器人机械结构的组成及其运动 (11)2.1.3本系统拟采用的机器人结构 (12)2.2机器人运动学分析 (13)2.2.1机器人运动学的一般表示方法 (13)2.2.2机器人正运动学问题（forward kinematics） (14)2.2.3机器人逆运动学问题（afterward kinematics） (17)2.3机器人动力学概述 (20)2.4轨迹分析概述 (20)2.5六自由度机器人初步设计 (21)第三章基于OpenGL的系统实现方法研究 (23)3.1系统实现方法概述 (23)3.2OpenGL技术 (23)3.2.1OpenGL的绘制原理 (24)3.2.2OpenGL的计算机图形学问题 (25)3.3AutoCAD建模 (27)3.4数据库及接口选择 (29)第四章软件系统研究 (30)4.1系统总体框架 (30)4.2STLViewer模块框架 (31)4.2.1STLViewer的动态链接库介绍 (32)4.2.2CAD图形工具动态链接库应用 (33)4.2.3CAD几何内核动态链接库应用 (36)4.3虚拟零件库设计 (39)第五章基于零件库的虚拟装配设计 (44)5.1虚拟装配总体框架 (44)5.2虚拟零件库的建立 (45)5.3装配信息的层次表达 (46)5.3.1装配关系的具体分类 (47)5.3.2装配体特征的约束关系 (48)5.3.3创建装配信息集 (50)5.4虚拟装配框架的具体实现 (51)5.5虚拟装配系统中的类 (53)5.5实验过程 (55)第六章总结与展望 (59)致谢 (60)参考文献 (61)附录 (64)摘要虚拟现实技术是利用计算机生成一种高逼真的模拟环境，并可通过多种传感器接口，使用户“沉浸”到此环境中，从而实现用户与该虚拟环境之间的交互。
万方数据及到各个模块间的位置关系和运动关系。
这可以通过矩阵堆栈和适当的几何变换来完成。
同时，还要对其进行光照、材质、反走样等处理，使机器人模型看起来更加真实。
做完以上工作之后，接下来是让机器人动起来。
在此采用的是双缓存技术来实现动画，调用ｓｗａｐ．Ｂｕｆｆｅｒｓ（）函数使其成为可见视频缓存。
同时还需要使用系统定时器来保持恒定的速率和终止应用程序。
由ｓｅｔＴｉｍｅ（）函数来为应用程序分配一个系统定时器。
通过该函数的参数可以设置时间间隔，ｗｉｎｄｏｗｓ将用这个时间间隔值周期性地向程序发送ｗＭ一，ＩｔＩＭ—ＥＲ消息。
当不再用定时器时，可用ＫｉｌｌＴｉｍｅｒ（）函数取消定时器。
如图１所示为建立的机器人三维模型：图ｌ２运动学模型的建立２．１建立杆件坐标系机器人的运动学就是建立起机器人末端执行器与机器人其它各杆件之间的运动关系。
为此需要建立杆件坐标系来明确机器人杆件间的运动。
通过对机ｎ器人结构的分析，建立如图２所示的机器人杆件坐标系。
２．２运动学方程的建立根据图２所示的杆件坐标系，得到机器人各杆件参数，如表ｌ。
图２机器人杆件坐标系表１机器人的杆件参数关节变量扭角杆长杆号ｉ转角范围偏移量ＣＯＳｄ．Ｓｌｎｄ．ｐ．ｄ．１ｐｌ９００Ｏ±１６５０１２ｐ２００±７５０１０３以９０００±１３００００ｌ４以一９０００±１８０００一１５侠９０。
０±１０５００１６魄Ｏｏ０±１８００％ｌＯ根据表１，建立各Ａｉ矩阵。
从表１中的数据可知与Ａ矩阵相关的参数ｏ。
，ｄ；，ｄ。
，９；，因此可以得知各个杆件坐标系间的变换过程，于是各Ａ矩阵可求。
根据表中的数据可得：Ａｌ＝Ｒｏｔ（ｚｏ，日１）Ｔｒａｎｓ（０，０，ｏＩ）Ｒｏｔ（戈ｌ，９０。
）Ａ２＝Ｒｏｔ（石Ｉ，晚）Ｔｒａｎｓ（０２，０，０）Ａ３＝Ｒｏｔ（ｚ２，ｐ３）Ｒｏｔ（戈２，９０。
）Ａ４＝Ｒｏｔ（名３，ｐ４）Ｔｍｎｓ（０，０，０４）Ｒｏｔ（ｘＪ，一９０。
机械设计制造及自动化毕业论文-3D工业机器人结构设计案例范本摘要本文主要介绍了一种基于3D设计软件的工业机器人结构设计方案。
首先，通过对工业机器人的功能和工作原理进行分析，确定了机器人的结构设计需求。
其次，采用SolidWorks软件进行机器人的三维建模，包括机械臂、末端执行器、控制箱等部分的设计。
最后，通过对设计方案进行有限元分析和动态仿真，验证了机器人结构的可行性和稳定性。
关键词：3D设计；工业机器人；结构设计；有限元分析；动态仿真AbstractThis paper presents a structural design scheme for industrial robots based on 3D design software. First, the structural design requirements of the robot were determined by analyzing the functions and working principles of the industrial robot. Secondly, SolidWorks software was used to carry out the three-dimensional modeling of the robot, including the design of the mechanical arm, end effector, control box and other parts. Finally, the feasibility and stability of the robot structure were verified through finite element analysis and dynamic simulation of the design scheme.Keywords: 3D design; industrial robot; structural design; finite element analysis; dynamic simulation1.引言随着工业自动化水平的不断提高，工业机器人在生产制造领域的应用越来越广泛。
基于三维虚拟的机械结构模拟仿真软件设计秦悦【摘要】为了提高机械设计的精密度和机械故障诊断的准确度,提出基于三维虚拟的机械结构模拟仿真软件设计方案.软件设计分为机械结构的视觉成像采集部分、图形三维渲染部分和实体建模部分.在MultiGen Creator三维建模软件中进行机械结构三维虚拟视景仿真的软件开发,根据机械结构的外形测量参数配置工程文件,使用批处理模块进行信息加载和图像处理,实现机械结构三维虚拟模拟设计.仿真结果表明,该软件能有效实现机械结构的三维模拟,对各个部位的拟合程度较高.%In order to improve the precision of the mechanical design and the accuracy of the mechanical fault diagnosis,a design scheme of the 3D virtual simulation software for mechanical structure analog is proposed. The software design is divided into three parts:visual imaging acquisition part of mechanical structure,graphic 3D rendering part and solid modeling part. Soft-ware development for 3D virtual scene simulation of mechanical structure is conducted in MultiGen Creator 3D modeling soft-ware. Project files are configured according to the measured outline parameters of mechanical structure. Information loading and image processing are performed by using batch processing module to realize 3D virtual simulation design of mechanical struc-ture. The simulation results show that the software can effectively realize the 3D simulation of mechanical structure,and has high fitting degree.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2017(040)022【总页数】3页(P54-56)【关键词】三维虚拟仿真;视景仿真;机械结构模拟;软件设计;图像处理【作者】秦悦【作者单位】成都理工大学,四川成都610059【正文语种】中文【中图分类】TN911.73-34;TP391.91随着机械设计工业的快速发展，对机械结构设计的精度和时效性提出了更高的要求，机械内部结构组成单元复杂，各个零部件的尺寸精密度较高[1]，传统的工业制图方法进行设计误差较大，不能有效满足精度设计和精准诊断的应用需求。
SHANGHAI UNIVERSITY毕业设计（论文）UNDERGRADUATE PROJECT (THESIS)题目:基于OpenGL的机器人三维仿真环境设计学院: 机电工程与自动化学院专业: 机械工程及自动化学号:学生姓名:指导教师:起讫日期:目录摘要:-----------------------------------------------------------------------------------------------------1 ABSTRACT-------------------------------------------------------------------------------------------------1 1第一章绪论------------------------------------------------------------------------------------------4 2第二章基于OpenGL的三维仿真图形设计---------------------------------------------------8 3第三章仿人机器人的三维建模-----------------------------------------------------------------19 4第四章仿人机器人运动学仿真-----------------------------------------------------------------29 5第五章总结-----------------------------------------------------------------------------------------466 致谢---------------------------------------------------------------------------------------------------477 参考文献---------------------------------------------------------------------------------------------48基于OpenGL的机器人三维仿真环境设计摘要仿真技术是机器人研究领域中的一个重要部分，随着机器人研究的不断深入，机器人仿真系统作为机器人设计和研究过程中安全可靠灵活方便的工具，发挥着越来越重要的作用。
本文对基于OpenGL的机器人三维仿真环境设计进行研究，学习了机器人运动学基础和OpenGL设计机器人仿真技术，并在Visual C++ 6.0编程环境中实现仿人机器人仿真。
在论文安排上，先简要介绍了OpenGL，然后详细描述了本课题的难点——仿人机器人的三维建模，阐述了程序流程和实现过程，然后根据机器人运动学对本课题设计的机器人模型进行了运动学分析，在根据分析结果对仿真系统开发和调试，最终实现仿人机器人的动作仿真。
关键词：OpenGL；仿人机器人；三维仿真ABSTRACTRobot simulation is a hot topic in robotics research. With the growing development of various robotic systems, robot simulation plays a more and more important role as a safe, reliable, flexible and convenient tool in the robot designing and research process.In this thesis, we learn the basic robot kinematics and design on OpenGL-based robot simulation system. A three-dimensional humanoid robot has been developed using Visual C++ 6.0.The thesis is organized as follows. We firstly introduce OpenGL technology and describe the difficulty of this research in detail. Secondly, we present a three dimensional model for humanoid robots and describe the implementation process. Then we conduct kinematics analysis of the robot. Finally, we implement the 3D humanoid robot simulation environment based on the proposed 3D model and associated kinematics analysis results.Keywords: OpenGL; Humanoid Robot; Three-dimensional simulation第一章绪论第一节仿人机器人一、仿人机器人简介机器人作为机械制造业和信息产业结合的产物，正越来越广泛地应用于机械、汽车、军工、航空航天、造船、计算机、光学仪器、通信设备等行业，在很大程度上替代了人们的体力劳动，如制造、搬运、焊接以及其它各种危险、恶劣环境下的工作。
其中仿人机器人是外观和功能与人一样的智能机器人，能像人一样活动，有人的行为，仿人机器人能运动、甚至自己去“想”，会思考。
研制出外观和功能与人一样的仿人机器人是现代科技发展的结果。
全新组装的仿人机器人全身布满了感应器，让它可以根据感应到的声音和动作做出适当反应，也让它对于光线和触觉的反应更加灵敏。
二、仿人机器人的现状，发展及应用仿人机器人目前的主要产品包括日本索尼公司的QRIO（图1.1）、富士通公司的HOAP2（图1.2）和本田公司的ASIMO图（1.3）。
图1.1 日本索尼公司的QRIO机器人图1.2富士通公司的HOAP2机器人图1.3 本田公司的ASIMO机器人仿人机器人是开发难度最高的机器人之一，因为大家希望从它身上看到人的表情和反应。
目前，仿人机器人可以用于娱乐和服务。
科学家们正在开发更智能的软件，使机器人能和人交流并具备学习能力。
从某种角度说，仿人机器人的研发是真正考验人类智慧的行为。
第二节机器人仿真系统的概况计算机仿真是伴随着计算机的发展而形成的一门学科。
它的研究起源于20世纪70年代，但由于受计算机软硬件水平的影响，很难得到广泛应用。
它一般设计和构造一个客观世界某一系统的数理逻辑模型，并借助计算机对该模型进行实验的过程。
对机器人进行计算机仿真是凭借计算机这一现代化工具研究机器人仿真的有效手段。
在机器人的研制、设计和试验过程中，需要经常对机器人进行运动分析，而机器人是多自由度、多连杆的空间机构，其运动学十分复杂，用手工计算不仅十分困难，而且极易出错，通常只有通过这种复杂系统的仿真，才能解答机器人设计、制造、试验阶段及运行过程中出现的问题。
随着机器人研究的不断深入和机器人领域的不断发展，机器人仿真系统作为机器人设计和研究的安全可靠灵活方便的工具，发挥着很重要的作用，它可以应用于机器人的许多方面。
仿真技术是机器人研究领域中的一个重要部分，随着机器人研究的不断深入和机器人领域的不断发展，机器人仿真系统作为机器人设计和研究过程中安全可靠灵活方便的工具，发挥着越来越重要的作用。
要开发一个成功的机器人仿真系统，需要强而有力的开发工具。
在当前众多的开发工具中，OpenGL是非常实用方便的一种。
OpenGL是在SGI、Microsoft、DEC、IBM、Intel等多家世界著名计算机公司的倡导下，基于SGI的GL（Graphical Library）标准，制定的一个通用共享的开发三维图形标准。
Microsoft公司首先将OpenGL图形库链接到Windows NT中和Windows95上，这使得广大PC机用户可以使用OpenGL方便的开发功能和强大的图形程序。
OpenGL是一个开放的三维图形软件包，独立于窗口系统和操作系统，能十分方便地在各平台间移植。
它包含100多个库函数。
Windows95中文版下的OpenGL还支持其它4类函数；43个OpenGL实用库函数；31个OpenGL辅助库函数；6个Windows专用库函数以及5个Win32API函数。
OpenGL能提供以下一些基本功能：①模型绘制；②模型观察；③颜色模式的指定；④光照应用；⑤图象效果增强；⑥位图和图像处理；⑦纹理映射；⑧实时动画；⑨交互技术等。
由于OpenGL的作用机制是客户（client）/服务器（sever）机制，因此它是网络透明的，可以十分方便地在网络环境下使用。
此外，可以在Visual C++ 6.0下，利用MFC类库作为OpenGL与Windows95的接口，编译出动态链接库，以供用户的其他应用程序调用。
在Microsoft公司在其Windows95/NT操作系统中支持OpenGL之前，只在昂贵的图形工作站上才能运行OpenGL应用程序。
随着支持OpenGL的图形加速卡的出现和微机性能的提高，OpenGL在微机平台上也将广泛的应用。
这将促进快速开发高效、低成本的机器人仿真系统[2]。
第三节本课题研究内容和目标本课题研究OpenGL在仿人机器人仿真中的应用及其实现方法，利用OpenGL卓越的渲染功能对场景和机器人进行绘制，形成具有高度真实感的三维仿真环境。
仿真环境可以实现机器人模型的创建、动画仿真，从而实现仿人机器人的离线编程与仿真。
建立小型仿人机器人三维仿真模型，能实现机器人行走、弯腰等简单动作。
实现机器人模型的创建、动画仿真，从而实现仿人机器人的离线编程与仿真。
第二章基于OpenGL的三维仿真图形设计第一节OpenGL概述一、OpenGL图形库OpenGL是SGI公司开发的一套高性能的图形处理系统，是图形硬件的软件界面，GL即代表图形库（Graphics Library）。
通过OpenGL程序员可以创建交互式应用程序，实现具有逼真效果的三维图形图像，从而在要求高度模拟真实世界的诸多领域中都可以大显身手。
现在OpenGL已被认为是高性能图形和交互式视景处理的标准。
在三维仿真建模、虚拟现实技术等领域，OpenGL发挥着重要的作用[1]。
