文档介绍：基于OpenGL的机器人运动仿真设计

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,气气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的机器人进行仿真设计,学习了机器人运动学的基础和OpenGL设计机器人仿真技术,并在Visual C++。
1 引言
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。其中仿真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,仿真机器人能运动、甚至自己去“想”,会思考。研制出外观和功能与人一样的仿真机器人是现代科技发展的结果。全新组装的仿真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的反应,也让它对于光线和触觉的反应更加灵敏。
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。它一般通过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CAD技术的发展,三维实体建模技术得到了广泛的应用。OpenGL是Open Graphics Library的缩写,它是SGI公司开发的一套高性能图形处理系统。OpenGL的特点包括:硬件无关性,可以在不同的平台上实现;建模方便,可以构建相当复杂的几何造型;出色的编程特性,由于OpenGL可以集成到各种标准视窗和操作系统中,因此基于OpenGL的三维仿真程序有良好的通用性和可移植性。OpenGL ,从客户应用程序发布的对OpenGL函数的调用首先被OpenGL32处理,在传给服务器后,,然后传递给 DDI (Device Driver Interface),最后传递给视屏驱动程序。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应用,这将促进快速开发高校、低成本的机器人仿真系统。
2 OpenGL的基本建模技术
利用OpenGL进行仿真时,首先需要根据机器人的实际形态及预期的运动建立起机器人的数学模型、集合模型及参数接口,以便将来实现实时计算和运动模拟。接下来介绍OpenGL的实体建模基础。OpenGL提供了如下绘制图形的函数。
1 绘制点
OpenGL提供了一系列函数。他们都以glVertex开头,后面跟一个数字和1-2个字母。
例如:
glVertex2d
glVertex2f
glVertex3f
glVertex3fv
数字表示参数的个数,2表示有两个参数,3表示三个,4表示四个。
字母表示参数的类型,s表示16位整数(OpenGL中将这个类型定义为GLshort),
i表示32位整数(OpenGL中将这个类型定义为GLint和GLsizei),
f表示32位浮点数(OpenGL中将这个类型定义为GLfloat和GLclampf),
d表示64位浮点数(OpenGL中将这个类型定义为GLdouble和GLclampd)。
v表示传递的几个参数将使用指针的方式。
2绘制图形
OpenGL要求指定顶点的命令必须包含在glBegin函数之后,glEnd函数之前,并由glBegin来指明如何使用这些点。
例如:
glBegin(GL_POINTS);
glVertex2f(, );
glVertex2f(, );
glEnd();
则这两个点将分别被画出来。如果将GL_POINTS替换成GL_LINES,则两个点将被认为是直线的两个端点,OpenGL将会画出一条直线。另一方面,glBegin支持的方式除了GL_POINTS和GL_LINES,还有GL_LINE_STRIP,GL_LINE_LOOP,GL_TRIANGLES,GL_TRIANGLE_STRIP,GL_TRIANGLE_FAN等
。我们还可以指定更多的顶点,然后画出更复杂的图形。
3动画制作
电影和