[发明专利]高空幕墙安装机器人的三维运动仿真的方法

权利要求书

1.高空幕墙安装机器人的三维运动仿真的方法，其特征在于步骤如下：

第一步，分析实体高空幕墙安装机器人的基本构造：

分析实体高空幕墙安装机器人的基本构造，确定高空幕墙安装机器人主要零部件包括：基座、连杆ⅰ、连杆ⅱ、连杆ⅲ、连杆ⅳ、连杆ⅴ、连杆ⅵ、连杆ⅶ和连杆ⅷ的结构和尺寸；

第二步，对高空幕墙安装机器人进行三维建模：

采用自底向上的方式对上述实体高空幕墙安装机器人进行三维建模，依据相关零部件的结构和尺寸用solidworks建立起各零部件的三维模型，并保存为.STL文件；

第三步，对高空幕墙安装机器人进行运动学分析：

设置上述实体高空幕墙安装机器人的各连杆坐标系，确定各连杆的齐次坐标变换矩阵，建立高空幕墙安装机器人的正运动学方程和逆运动学方程并求出相应的正解和逆解；

第四步，装配虚拟机器人：

(4.1)把上述第二步建立起的各零部件的三维模型导入到3DSMax中，确立纹理坐标，设置高空幕墙安装机器人的各连杆的关节节点即转动中心点，并导出为各零部件的.3DS文件；

(4.2)用OpenGL建立虚拟的工作场景；

(4.3)把上述(4.1)步的各零部件的.3DS文件导入到上述(4.2)步建立好的虚拟的工作场景中；

(4.4)按照各零部件之间的装配以及约束关系逐个进行组装，装配成虚拟机器人，设置高空幕墙安装机器人的初始状态，运用空间几何的三角函数关系设置高空幕墙安装机器人的各连杆转动后各关节节点的位置；

第五步，用力反馈设备实时控制该虚拟机器人运动，实现高空幕墙安装机器人三维运动仿真：

(5.1)配置力反馈设备；

(5.2)力反馈设备实时控制高空幕墙安装机器人的机械抓手运动，机械抓手的运动带动其它各连杆转动，实现高空幕墙安装机器人的三维运动仿真。

2.根据权利要求1所述高空幕墙安装机器人的三维运动仿真的方法，其特征在于：所述力反馈设备为力反馈手柄Novint Falcon，力反馈手柄Novint Falcon通过其自身的传感器和数据采集模块实现操作者动作识别；所述配置力反馈设备的方法是，安装力反馈手柄Novint Falcon的软件开发工具包sdk，在C++环境下配置力反馈手柄Novint Falcon的软件开发工具包sdk，将该软件开发工具包sdk中的包含文件.include和库文件.lib分别对应添加到包含目录和库目录中，完成力反馈设备的配置。

3.根据权利要求1所述高空幕墙安装机器人的三维运动仿真的方法，其特征在于：所述力反馈设备实时控制高空幕墙安装机器人的机械抓手运动的方法是，虚拟工作场景中建立一个虚拟球代替现实中点的位置变化，力反馈设备通过自身的传感器、数据采集模块和高频率的刷新运行实时获取力反馈设备在现实空间中的位姿坐标，设置虚拟场景中的虚拟球的位姿坐标和力反馈设备在现实空间中的位姿坐标相互匹配，实现力反馈设备的移动与虚拟球的移动相一致，将虚拟球附加到导入的机械抓手三维模型的末端中心处，机械抓手与虚拟球成为一体，运动轨迹和位姿坐标相同，操作者控制力反馈设备运动，虚拟球随力反馈设备移动，编程设置仿真时钟，读取虚拟球的位姿，即机械抓手末端位姿，进行运动学分析中的逆运动学运算，解出机器人各个关节角θ₁、θ₂、θ₃、θ₄、θ₅、θ₆和θ₇，由上述各关节角设置各连杆的关节节点位置和角度变化，实现机械抓手带动其它各连杆转动，通过仿真时钟对此过程进行高频率的刷新运行，实现力反馈设备实时控制机械抓手运动，机械抓手的运动带动其它各连杆转动，完成高空幕墙安装机器人的三维运动仿真。