[发明专利]一种空间机械臂三维仿真系统

摘要

本发明公开了一种空间机械臂三维仿真系统，针对采用开放式图形元素程序OSG所创建的三维仿真模型进行仿真控制，其中指令输入界面模块和OSG仿真界面模块，作为空间机械臂仿真平台与外界的接口，主要完成操作人员控制指令的接收与处理，并实时显示仿真模型的运行状态。操作人员对仿真平台界面进行操作，以触发响应的形式，经由任务管理模块实现指令的发送与处理。任务管理模块和数据管理模块，用于协调管理各任务的执行，并完成任务运行过程中相关数据的管理。路径规划模块层包含路径规划模块，主要完成对路径规划动态链接库的调用并更新数据管理模块中的相关内容，并可以由任务管理模块调度来完成相应的任务规划。

主权项

一种空间机械臂三维仿真系统，针对采用开放式图形元素程序OSG所创建的三维仿真模型进行仿真控制，其特征在于，该系统包括指令输入界面模块、OSG仿真界面模块、任务管理模块、数据管理模块以及路径规划模块；所述指令输入界面模块为一个采用C++图形用户界面应用程序开发框架QT开发的指令输入界面，该界面提供外部输入接口，用于接收外界输入的任务指令；所述OSG仿真界面模块中具有空间机械臂的三维仿真模型，该OSG仿真界面模块用于接收所述数据管理模块发来的路径规划结果数据，以驱动三维仿真模型进行实时状态更新并显示；所述任务管理模块解析所述任务指令对空间机械臂进行任务规划，将任务指令转化为控制过程，控制过程包括由任务分解得到的多个执行步骤，对于每个执行步骤，均调用路径规划模块进行路径规划，同时任务管理模块实时接收数据管理模块发来的路径规划结果数据，若接收到当前执行步骤的路径规划结果数据，则启动下一个执行步骤；任务管理模块根据当前机械臂的执行情况来规划下一个的执行步骤；在QT搭建的开发环境中，通过connect函数将处理任务规划的定时回调线程绑定到指定定时器上；通过start()函数开启定时器，并每隔设置时间间隔，系统就将调用路径规划线程进行相关任务规划；通过stop()函数关闭定时器；在数据管理模块创建时，创建事件信号EVENT_UPDATE_DATA，并启动等待此事件的线程，该线程在软件启动后将一直处于激活状态，一直等待事件的发生；每当有数据修改时通过SetEvent(EVENT_UPDATE_DATA)发送此事件信号，线程收到此信号后即会调用数据管理模块的更新数据的函数以更新路径规划数据和仿真系统的实时状态数据；当任务管理模块启动了路径规划模块进行路径规划时，路径规划模块调用路径规划动态链接库选择相应路径规划方式获得路径规划结果数据，将该路径规划结果数据实时发送至数据管理模块；所述路径规划动态链接库中包括直线路径规划、圆弧路径规划以及关节空间路径规划三种路径规划方式；路径规划模块根据任务管理模块输入的规划数据进行解算，得到下一步关节角、关节角速度序列规划结果数据，并将此数据传递给数据管理模块；数据管理模块在得到规划结果数据后，一方面将数据传递给OSG仿真界面模块以驱动仿真模型的实时更新显示，另一方面将数据传递给任务管理模块以进行下一步规划。