虚拟教育机器人快速装配方法研究.pdf

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1、机器人现代制造工程（ＭｏｄｅｒｎＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）２０１４年第６期倡虚拟教育机器人快速装配方法研究高海涛，韩亚丽，许有熊，朱松青（南京工程学院机械工程学院，南京２１１１６７）摘要：提出一种面向关节型教育机器人的快速装配方法，对该装配方法所涉及关键技术问题进行了研究。以射线检测算法为基础，提出了一种能够应用于三维环境的鼠标拾取方法，修正了鼠标点击点与被拾取物体间的位置偏差问题。利用组成零件几何面的三角面片法线相同的特点，获取组成装配面的所有三角面片，实现了零件装配面的间接选取和高亮显示；根据零件关节装配特点，提出了一种关节孔快速匹配算法，实现了

2、零件关节的快速匹配。最终该装配方法被应用到教育机器人三维仿真平台中并取得了较好的效果。关键词：教育机器人；三维仿真；装配方法中图分类号：ＴＰ３９１．９文献标志码：Ａ文章编号：１６７１—３１３３（２０１４）０６—００２２—０５ThefastassemblymethodsforthevirtualeducationalrobotＧａｏＨａｉｔａｏ，ＨａｎＹａｌｉ，ＸｕＹｏｕｘｉｏｎｇ，ＺｈｕＳｏｎｇｑｉｎｇ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１１１６７，Ｃｈｉｎａ）Abstrac

3、t：Ｔｈｅｆａｓｔａｓｓｅｍｂｌｙｍｅｔｈｏｄｆｏｒｔｈｅｍｏｄｕｌａｒｅｄｕｃａｔｉｏｎａｌｒｏｂｏｔｉｓｐｕｔｆｏｒｗａｒｄａｎｄｉｔｓｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓｓｔｕｄｉｅｄ．Ａｔｆｉｒｓｔ，ｔｈｅｍｏｕｓｅｐｉｃｋｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓｉｎ３Ｄｓｃｅｎｅｓａｒｅｂｕｉｌｔｂａｓｅｄｏｎｒａｙｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍａｎｄｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎａｌｏｆｆｓｅｔｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｍｏｕｓｅｐｏｉｎｔａｎｄｐｉｃｋｅｄｏｂｊｅｃｔｉｓｃｏｒｒｅｃｔｅｄ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ａｌｌｔｒｉａｎｇｌｅｐａｔｃｈｏｆａｓｓｅｍｂｌｙｆａｃｅｉｓｏｂｔａｉｎｅｄｂａｓ

4、ｅｄｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｔｈａｔｎｏｒｍａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓｏｆａｓｓｅｍｂｌｙｆａｃｅｉｓｔｈｅｓａｍｅ，ａｎｄｔｈｅｎａｓｓｅｍｂｌｙｆａｃｅｉｓｉｎｄｉｒｅｃｔｌｙｓｅｌｅｃｔｅｄａｎｄｈｉｇｈｌｉｇｈｔｅｄｄｉｓｐｌａｙ．Ｔｈｉｒｄｌｙ，ｔｈｅｆａｓｔｊｏｉｎｔｆｉｔｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｆｏｒｔｈｅｊｏｉｎｔｏｆｐａｒｔｓｉｓｐｕｔｆｏｒｗａｒｄｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｐａｒｔｓａｓｓｅｍｂｌｙ．Ａｔｌａｓｔ，ｔｈｉｓｆａｓｔａｓｓｅｍｂｌｙｍｅｔｈｏｄｓｉｓａｐｐｌｉｅｄｔｏ３Ｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｐｌａｔｆｏｒｍｏ

5、ｆｅｄｕｃａｔｉｏｎａｌｒｏｂｏｔｓａｎｄｏｂｔａｉｎａｇｏｏｄｒｅｓｕｌｔｓ．Keywords：ｅｄｕｃａｔｉｏｎａｌｒｏｂｏｔ；３Ｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ａｓｓｅｍｂｌｙｍｅｔｈｏｄｓ［３］表性的有ＬＥＧＯ教育机器人和德国的慧鱼机０引言［４］器人。教育机器人是一类结合机器人技术和教育学原尽管目前教育机器人产品众多，然而，这些教育理，以积木式机械和电子拼接件为主要零件，以培养机器人都还存在着以实体教育机器人为主、缺少配套学生实践能力和创新能力为主要目的的机器人组仿真软件和柔性化程度较低的缺点。随着三维图形［１-２］件。它主要由软件和硬件两大部分组成，其中软技术和机器人仿真

6、技术的发展，用计算机进行建模和件部分主要为一个集成编程环境，用以进行教育机器仿真已经变得非常容易。结合现代的先进制造技术人控制程序的设计；硬件部分为一些模块化、系列化和计算机仿真技术完全可以实现一种集教育机器人的机械和电子拼接件。利用这些部件，学生可以根据搭建、控制程序设计以及动态物理仿真为一体的教育自己的创意，自由地拼接多种不同类型的机器人，从机器人三维仿真平台。本文主要对实现该仿真平台而达到创新训练的目的。由于教育机器人的创新培所涉及的虚拟教育机器人装配方法进行研究。养作用及社会对它的广泛需求，近年来教育机器人１教育机器人积木式装配方法的提出及其技术的发展也十分迅速。一

7、些高校和企业联合开发了多种类型的教育机器人产品，其中比较有代不同于一般机器人，关节型教育机器人的零件主倡江苏省自然科学基金资助项目（ＢＫ２０１２４７４）；江苏省高校自然基金资助项目（１２ＫＪＢ５１０００６）；江苏省大型工程装备检测与控制重点建设实验室开放课题资助项目（ＪＳＫＬＥＤＣ２０１３０４）２２高海涛，等：虚拟教育机器人快速装配方法研究２０１４年第６期［５］要为一些积木式的拼接件。在进行机器人组装时，２．１点击点的空间变换设计者通过零件上的关节孔和销连接来建立机器人根据射线检测算法的要求，射线必须要与模型处结构