基于OpenGL的五自由度機械臂的運動學仿真

宋西平,李國琴,羅陸鋒

(天津職業技術師范大學機械工程學院，天津　300222)

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基于OpenGL的五自由度機械臂的運動學仿真

宋西平,李國琴,羅陸鋒

(天津職業技術師范大學機械工程學院，天津300222)

摘要：利用OpenGL構建了五自由度機械臂的運動仿真環境，詳細闡述了從模型構建、坐標系建立到運動學方程推導的過程。利用MATLAB機器人工具箱實驗驗證了所推導的機械臂運動學方程以及在仿真環境下機械臂模型的運動，對研究機器人在虛擬環境下的運動具有一定的借鑒意義。

關鍵詞：OpenGL平臺；五自由度機械臂；運動學仿真；D-H理論

隨著機器人技術的不斷發展，該技術已應用到醫療、工業、農業、軍事等諸多領域[1-4]，并出現了多種類型的機器人，如仿人機器人[5]、爬行機器人[6]、飛行機器人[7]、水下機器人[8]等。由于機器人結構復雜度高、試制樣機成本昂貴、實驗條件受限等問題會對實驗研究的開展帶來一定難度，因此研究者針對機器人開展了不同平臺下(如OpenGL、MATLAB機器人工具箱、LabVIEW、ADAMS等[9-14])不同性能的仿真實驗，為機器人的研究帶來了便利。

由于OpenGL具有較好的可視化功能，能夠為仿真及場景可視化提供較好的環境，本文通過對一個五自由度機械臂模型正向運動學方程的建立，詳細闡述了在OpengGL平臺下虛擬機械臂的構建過程、五自由度機械臂坐標系建立過程以及運動學方程推導的過程，并對其每個環節中的關鍵點做了介紹。利用MATLAB機器人工具箱驗證了所構建模型的運動關系，為OpenGL平臺下進行機器人相關技術的研究提供一定的參考。……