计算机虚拟仿真在机器人教学中的应用

姜德艳李郝林

上海理工大学机械工程学院，上海!"""#$

摘要：为解决机器人实验教学问题，本文在%&’()*+,,-."平台上，基于/01234，开发了机器人图形仿真系统。对机器人进行了三维实体几何造型，并实现了其空间运动仿真，可再现机器人运动全过程，实现机器人的示教仿真。该机器人仿真系统大大的方便了机器人教学。

关键词：机器人教学；机械手；/01234；可视化仿真

中图分类号：56!7!文献标识码：8文章编号：9""9:!!-;（!""$）99:""<#:"!

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9引言

工业机器人自-"年代以来，经过了$"多年的发展，已广泛应用于各个工业领域，成为制造业生产自动化中主要的机电一体化设备［9］。我国机器人研制和应用以及机器人学方面的研究已有很大的发展，并取得了很多成果，而且已有很多机器人在实践中应用，机器人的飞速发展带动了机器人教学的发展。许多工科院校已把机器人学作为一门必修或选修课列入教学计划。由于机器人价格昂贵，以及机器人的作业空间需要较大而独立的试验场地等诸多原因，不可能达到每个学生都能亲自操作机器人的要求。而可视化技术的出现，使得人们能够在三维图形世界中观察机器人，并通过计算机交互式对机器人进行示教仿真。

机器人仿真技术在机器人的研究与应用中发挥了重要作用。!"世纪R"年代，美国+C221**大学开发出具有交互功能的通用型机器人仿真系统>?STT8U44S。此后，国内外相继建立了基于工作站和离线编程环境的机器人仿真系统。尽管机器人仿真技术已得到广泛应用，但现有机器人仿真软件大都基于工作站的V?>W环境。随着计算机技术的发展，目前已经可以使用/01234软件在微机上实现三维动态图形的设计。为此，本文在%&’()*+,,-."平台上，利用/01234［$］，开发了机器人图形仿真系统。

!机器人仿真系统简介

机器人试验教学要求学生通过实验，掌握机器人的空间运动，熟悉机器人示教编程功能。本图形仿真系统针对机器人试验教学的要求，以日本安川公司所生产的X8YZ8[8Q/5/Q8?V6:-工业机器人为研究对象，在%&’()*+,,-."平台上，利用/01234对机器人实体建模，创建了机械手三维图形模型，实现了机器人空间运动的仿真过程和机器人教学的示教仿真功能。该仿真系统图形功能丰富，可视性强。充分利用%+和/01234的图形功能，用三维立体图形进行仿真。系统的操作性和可靠性强，采用了模块化结构。

该仿真系统基本功能有：运动仿真，示教仿真和学习帮助。

（9）运动仿真：可使机器人按所要求的末端执行器的空间位置和姿态，驱动机械手各关节作相应的的运动，实现机器人的空间运动仿真。本仿真系统，可以通过编制指令程序来驱动机械手作相应的运动。

（!）示教仿真：在机器人实验课程中，工业机器人的实验是用示教盒对机械手进行示教编程来完成的。为了使学生能够以示教方式参与编程，开发了与图形动态交互的示教盒。本系统可以采用示教调试和编程再现的方法来实现机械手三维运动的仿真过程。

（$）学习帮助：该软件提供了丰富的帮助功能，在帮助模块中，对机器人的指令代码做了详细的说明，提供了一个友好的用户界面。

$三维图形运动仿真的实现

机器人的机械手是一系列由关节连接起来的连杆构成的，前一关节的运动会引起后一关节的运动。例如当支柱转动时，手臂和手爪将跟随着支柱作相应的运动；同样当手臂运动时，手爪也应联动，而支柱却不受手臂运动的影响。为了描述关节运动时机械手各杆件相对参考坐标系的位置和姿态，对机械手每个关节处的杆件建立齐次变换矩阵。

!""$年第99期

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