CN109940642A - 一种机械臂运行轨迹二维动态仿真显示的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机械臂运行轨迹二维动态仿真显示的方法，属于机械结构运动轨迹模拟技术领域，包括以下步骤：(1)GDI+绘图准备；(2)实时获取机械臂各个关节点信息；(3)将机械臂各关节点空间位置及姿态信息，转换为绘图区域内的绘图点坐标值，以及转动角度值；(4)启动GDI+绘图，动态绘制机械臂轮廓以及运行轨迹；(5)重复步骤(2)‑(4)，实时绘制机械臂的变幅、伸缩以及转动动作，连贯而成机械臂的运动轨迹。本发明快速准确的显示机械臂的运行轨迹、关节动作、夹持机构的位置和姿态等信息显示在界面上。
Description
技术领域
本发明属于机械结构运动轨迹模拟技术领域，尤其涉及一种机械臂运行轨迹二维动态仿真显示的方法。
背景技术
某型号导弹运输装填车是以多关节机械臂的耦合动作来实现将导弹自动装载到发射车对应位置，或者从发射车对应位置将导弹卸载到装填车上的。
为实现自动装载或卸装功能，我们是通过将折臂吊机(基座可旋转)固定在车底盘上，设有吊臂变幅机构、吊臂伸缩机构和姿态调整云台等，由上述机构的耦合动作来实现末端夹持装置在三维空间内的位移、末端姿态调整以及目标夹持操作。
当机械臂在进行装填或卸载时，机械臂的运行轨迹以及各个机构的耦合动作，基座的旋转、夹持机构的位置姿态等信息，都是以数值的形式在软件界面上进行显示的；这种以数值的形式来显示机械臂运行轨迹、关节动作以及位置姿态的方式是非常不直观的。对某些未经过专业训练的操作人员而言，无法迅速的根据显示数据做出合理的操作判断，比如根据显示数据判断当前的末端执行器运行到了哪个位置？吊具平台相对于车身的转角有多大？是否需要避开障碍？当前状态是否可以进行目标夹持等等。
发明内容
本发明的目的在于：针对上述存在的问题，本发明提供了一种能快速准确的显示机械臂的运行轨迹、关节动作、夹持机构的位置和姿态等信息的机械臂运行轨迹二维动态仿真显示的方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种机械臂运行轨迹二维动态仿真显示的方法，包括以下步骤：
(1)GDI+绘图准备；
(2)实时获取机械臂各个关节点信息；
(3)将机械臂各关节点空间位置及姿态信息，转换为绘图区域内的绘图点坐标值，以及转动角度值；
(4)启动GDI+绘图，动态绘制机械臂轮廓以及运行轨迹；
(5)重复步骤(2)-(4)，实时绘制机械臂的变幅、伸缩以及转动动作，连贯而成机械臂的运动轨迹。
进一步的，所述步骤(1)中GDI+绘图准备包括：初始化GDI+函数、创建绘图区、设置画笔、画刷、线性和字体。
进一步的，所述步骤(2)获取机械臂各个关节点信息具体包括以下步骤：
①载入机械臂各组成部分以及驱动三角的机械结构参数，用于耦合计算；
②实时采集机械臂转动关节的角度数据，移动关节长度数据，以及基准平面的倾角数据，并进行数据合法性判断；
③将上述步骤②中获得合法性数据代入正向运动计算方程，计算出各个关节点当前的空间位置以及姿态。
进一步的，所述步骤③中的空间位置为相对于基坐标系的三坐标值，所述姿态为相对于基坐标的旋转矩阵。
进一步的，所述步骤(3)中具体工作步骤为：
a.获取系统分辨率与绘图区域的长宽值，计算出合适的缩放比率；
b.获取绘图区基点坐标，即绘图起始点；
c.将上述步骤a中的各个关节点的空间位置坐标值转换为绘图区内相对于基点的绘图坐标值。
进一步的，所述步骤(4)启动GDI+绘图，动态绘制机械臂轮廓以及运行轨迹，具体包括以下步骤：
I.创建设备兼容的内存设备上下文Compatible DC；
II.在兼容DC上，将所述步骤(3)中计算得到的绘图点坐标值，依次绘制成线段，连接而成当前机械臂的轮廓；
III.在兼容DC上，根据机械臂的基座及末端夹持装置的相对转动值，绘制出机械臂偏转角图像；
IV.将步骤III绘制完成的图像复制到屏幕DC中；
VI.释放绘图资源。
进一步的，所述步骤I-VI均利用双缓存绘图机制，用于消除在绘图过程中实时刷新所造成的图线闪烁的问题。
进一步的，所述载入机械臂各组成部分包括：基座、立柱和变幅臂。
本发明的有益效果在于：
1、本发明中，能够实时采集各关节传感器数据，并通过正向运动学方程解算出关节空间坐标点。
2、本发明中，能够将各关节的空间坐标点按照设定的绘图区进行转换，形成绘图区坐标点。
3、本发明中，根据实时更新的坐标点数据，动态绘制机械臂轮廓以及运行轨迹。
4、本发明中，利用GDI+双缓冲绘图机制，消除了图像刷新时的闪烁问题。
5、本发明通过实时采集机械臂关节数据解算出坐标点后，再转换为绘图区内的绘图点，然后进行机械臂轮廓绘制，以直观的二维动态图形仿真的方式取代了原来繁杂的坐标数据显示方式，使操作人员可以根据动态图形仿真来迅速，准确的做出操作判断。
附图说明
图1是本发明工作流程图；
图2是本发明中机械臂二维动态实际效果图。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
如图1所示，一种机械臂运行轨迹二维动态仿真显示的方法，包括以下步骤：
(1)GDI+绘图准备；
(2)实时获取机械臂各个关节点信息；
(3)将机械臂各关节点空间位置及姿态信息，转换为绘图区域内的绘图点坐标值，以及转动角度值；
(4)启动GDI+绘图，动态绘制机械臂轮廓以及运行轨迹；
(5)重复步骤(2)-(4)，实时绘制机械臂的变幅、伸缩以及转动动作，连贯而成机械臂的运动轨迹。
步骤(1)中GDI+绘图准备包括：初始化GDI+函数、创建绘图区、设置画笔、画刷、线性和字体。
步骤(2)获取机械臂各个关节点信息具体包括以下步骤：
①载入机械臂各组成部分以及驱动三角的机械结构参数，用于耦合计算；
②实时采集机械臂转动关节的角度数据，移动关节长度数据，以及基准平面的倾角数据，并进行数据合法性判断；
③将上述步骤②中获得合法性数据代入正向运动计算方程，计算出各个关节点当前的空间位置以及姿态。
步骤③中的空间位置为相对于基坐标系的三坐标值，姿态为相对于基坐标的旋转矩阵。
步骤(3)中具体工作步骤为：
a.获取系统分辨率与绘图区域的长宽值，计算出合适的缩放比率，将机械臂各关节点的空间位置坐标值转换为绘图区内的绘图坐标值；
b.获取绘图区基点坐标，即绘图起始点；
c.将上述步骤a中的各个关节点的空间位置坐标值转换为绘图区内相对于基点的绘图坐标值。
进一步的，步骤(4)启动GDI+绘图，动态绘制机械臂轮廓以及运行轨迹，具体包括以下步骤：
I.创建设备兼容的内存设备上下文Compatible DC；
II.在兼容DC上，将步骤(3)中计算得到的绘图点坐标值，依次绘制成线段，连接而成当前机械臂的轮廓；
III.在兼容DC上，根据机械臂的基座及末端夹持装置的相对转动值，绘制出机械臂偏转角图像；
IV.将步骤III绘制完成的图像复制到屏幕DC中；
VI.释放绘图资源。
步骤I-VI均利用双缓存绘图机制，用于消除在绘图过程中实时刷新所造成的图像闪烁的问题。
载入机械臂各组成部分包括：基座、立柱和变幅臂。
本实施例中的工作原理为：
在准备模拟显示机械臂的运行轨迹前，初始化GDI+函数、创建绘图区、设置画笔、画刷、线性和字体；载入机械臂结构中基座、立柱和边幅臂等各个关节点的以及油缸的机械机构参数，比如机械臂的角度、长度等，然后将这些数据代理到正向计算方程中，计算出各个机械臂关节点相对于基坐标系的三坐标值以及相对于基坐标系的旋转矩阵，然后再将相对于基坐标系的三坐标值以及相对于基坐标系的旋转矩阵转换成在绘图区域内向对应的坐标值，最后将这些坐标值依次绘制成线段，连接而成当前机械臂的轮廓，重复这些步骤，然后实时绘制机械臂的变幅、伸缩以及转动等动作，最后机械臂的显示的实际效果图如图2所示。
Claims (8)
1.一种机械臂运行轨迹二维动态仿真显示的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)GDI+绘图准备；
(2)实时获取机械臂各个关节点信息；
(3)将机械臂各关节点空间位置及姿态信息，转换为绘图区域内的绘图点坐标值，以及转动角度值；
(4)启动GDI+绘图，动态绘制机械臂轮廓以及运行轨迹；
(5)重复步骤(2)-(4)，实时绘制机械臂的变幅、伸缩以及转动动作，连贯而成机械臂的运动轨迹。
2.根据权利要求1所述的一种机械臂运行轨迹二维动态仿真显示的方法，其特征在于：所述步骤(1)中GDI+绘图准备包括：初始化GDI+函数、创建绘图区、设置画笔、画刷、线性和字体。
3.根据权利要求2所述的一种机械臂运行轨迹二维动态仿真显示的方法，其特征在于，所述步骤(2)获取机械臂各个关节点信息具体包括以下步骤：
①载入机械臂各组成部分以及驱动三角的机械结构参数，用于耦合计算；
②实时采集机械臂转动关节的角度数据，移动关节长度数据，以及基准平面的倾角数据，并进行数据合法性判断；
③将上述步骤②中获得的合法数据代入正向运动计算方程，计算出当前各个关节点的空间位置及姿态。
4.根据权利要求3所述的一种机械臂运行轨迹二维动态仿真显示的方法，其特征在于：所述步骤③中的空间位置为相对于基坐标系的三轴坐标值，所述姿态为相对于基坐标系的旋转矩阵。
5.根据权利要求1所述的一种机械臂运行轨迹二维动态仿真显示的方法，其特征在于，所述步骤(3)中具体工作步骤为：
a.获取系统分辨率与绘图区域的长宽值，计算出合适的缩放比率；
b.获取绘图区基点坐标，即绘图起始点；
c.将上述步骤a中的各个关节点的空间位置坐标值转换为绘图区内相对于基点的绘图坐标值。
6.根据权利要求1所述的一种机械臂运行轨迹二维动态仿真显示的方法，其特征在于，所述步骤(4)启动GDI+绘图，动态绘制机械臂轮廓以及运行轨迹，具体包括以下步骤：
I.创建设备兼容的内存设备上下文Compatible DC；
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III.在兼容DC上，根据机械臂的基座及末端夹持装置的相对转动值，绘制出机械臂偏转角图像；
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7.根据权利要求6所述的一种机械臂运行轨迹二维动态仿真显示的方法，其特征在于：所述步骤I-VI均利用双缓存绘图机制，用于消除在绘图过程中实时刷新所造成的图像闪烁的问题。
8.根据权利要求3所述的一种机械臂运行轨迹二维动态仿真显示的方法，其特征在于，所述载入机械臂各组成部分包括：基座、立柱和变幅臂。
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