[发明专利]一种空间机械臂三维仿真系统

权利要求书

1.一种空间机械臂三维仿真系统，针对采用开放式图形元素程序OSG所创建的三维仿真模型进行仿真控制，其特征在于，该系统包括指令输入界面模块、OSG仿真界面模块、任务管理模块、数据管理模块以及路径规划模块；

所述指令输入界面模块为一个采用C++图形用户界面应用程序开发框架QT开发的指令输入界面，该界面提供外部输入接口，用于接收外界输入的任务指令；

所述OSG仿真界面模块中具有空间机械臂的三维仿真模型，该OSG仿真界面模块用于接收所述数据管理模块发来的路径规划结果数据，以驱动三维仿真模型进行实时状态更新并显示；

所述任务管理模块解析所述任务指令对空间机械臂进行任务规划，将任务指令转化为控制过程，控制过程包括由任务分解得到的多个执行步骤，对于每个执行步骤，均调用路径规划模块进行路径规划，同时任务管理模块实时接收数据管理模块发来的路径规划结果数据，若接收到当前执行步骤的路径规划结果数据，则启动下一个执行步骤；任务管理模块根据当前机械臂的执行情况来规划下一个的执行步骤；在QT搭建的开发环境中，通过connect函数将处理任务规划的定时回调线程绑定到指定定时器上；通过start()函数开启定时器，并每隔设置时间间隔，系统就将调用路径规划线程进行相关任务规划；通过stop()函数关闭定时器；

在数据管理模块创建时，创建事件信号EVENT_UPDATE_DATA，并启动等待此事件的线程，该线程在软件启动后将一直处于激活状态，一直等待事件的发生；每当有数据修改时通过SetEvent(EVENT_UPDATE_DATA)发送此事件信号，线程收到此信号后即会调用数据管理模块的更新数据的函数以更新路径规划数据和仿真系统的实时状态数据；

当任务管理模块启动了路径规划模块进行路径规划时，路径规划模块调用路径规划动态链接库选择相应路径规划方式获得路径规划结果数据，将该路径规划结果数据实时发送至数据管理模块；

所述路径规划动态链接库中包括直线路径规划、圆弧路径规划以及关节空间路径规划三种路径规划方式；路径规划模块根据任务管理模块输入的规划数据进行解算，得到下一步关节角、关节角速度序列规划结果数据，并将此数据传递给数据管理模块；数据管理模块在得到规划结果数据后，一方面将数据传递给OSG仿真界面模块以驱动仿真模型的实时更新显示，另一方面将数据传递给任务管理模块以进行下一步规划。

2.如权利要求1所述的一种空间机械臂三维仿真系统，其特征在于，所述任务指令包括：路径规划方式、规划总时间、空间机械臂的初始关节角序列以及期望位姿；

对于每个执行步骤，任务管理模块在调用路径规划模块时，将当前执行步骤数、当前执行步骤关节角序列、当前执行步骤关节角速度序列以及期望位姿输入至路径规划模块中进行调用；

所述路径规划结果数据包括下一执行步骤的关节角序列、下一执行步骤的关节角速度序列以及下一执行步骤位姿。

3.如权利要求1所述的一种空间机械臂三维仿真系统，其特征在于，所述三维仿真模型包括卫星和空间机械臂，卫星分为本体卫星和目标卫星，空间机械臂分为左操作臂、右操作臂、支撑臂和探测臂。

4.如权利要求1所述的一种空间机械臂三维仿真系统，其特征在于，采用OSG创建仿真模型的方法如下：

Step1、基于pro/e三维制图软件绘制出的独立的初步仿真模型；

Step2、将上述初步仿真模型导出至3DMAX软件中，并进行渲染并导出3ds格式文件；

Step3、将3ds格式文件导入到OSG中，获得仿真模型，针对该仿真模型创建组织节点，并获取其参考坐标系；通过确定各组织节点之间的父子关系以及仿真模型的矩阵变换，使其在三维空间中组装成期望的构型。