Qt中动态显示六轴机械臂的STL三维模型

2023-10-10 12:27| 来源: 网络整理| 查看: 265

Qt中动态显示六轴机械臂的STL三维模型运动仿真STL模型openGL显示STLASCII格式的STL文件读取STL文件openGL中显示STL模型运动学变换两个坑最终效果

运动仿真

刚好手头有个项目要用Qt做一个六轴机械臂的控制系统，ROS虽然好用，但是RVIZ在Qt里面集成有点困难，就自己用STL模型在Qt里面做了个简单的运动仿真。

STL模型

首先要对机械臂三维模型进行简化，尽量把不需要的孔和复杂结构给直接去掉，这样得到的模型文件会小很多，在处理的时候速度也可以加快，要不然会比较卡顿，尤其在零件比较多的时候。六轴机械臂分成了10个零件，分成了连杆和关节。再有就是坐标的问题，在导出STL模型的时候一定要设置好导出坐标系，因为要做运动仿真，最好是按照建立的DH坐标系导出，关节与连杆均是，在solidworks中建立好DH坐标系，然后导出STL模型，导出的时候选择好导出坐标系，这样在后面拼接和运动仿真的时候不需要坐标变换，直接通过正运动学公式即可连接起来。导出格式二进制和ASCII格式都可以，ASCII格式相对好操作一点。

openGL显示STL

网上看的显示STL大都用openGL来显示，这方面我也不太会，github大法好参考链接：github大佬的链接链接放在这，需要的自取：https://github.com/vladkrylov/STLViewer

虽然我不会写，但是还是可以看懂的，这里简单说一下：

ASCII格式的STL文件

ASCII码格式的STL文件逐行给出三角面片的几何信息，每一行以1个或2个关键字开头。在STL文件中的三角面片的信息单元 facet 是一个带矢量方向的三角面片，STL三维模型就是由一系列这样的三角面片构成。整个STL文件的首行给出了文件路径及文件名。在一个 STL文件中，每一个facet由7 行数据组成，facet normal 是三角面片指向实体外部的法矢量坐标，outer loop 说明随后的3行数据分别是三角面片的3个顶点坐标，3顶点沿指向实体外部的法矢量方向逆时针排列。

STL的ASCII文件形式：

facet normal -9.941380e-001 -1.081190e-001 -7.282242e-016 outer loop vertex 3.711158e+001 8.168877e+000 2.470000e+001 vertex 3.800000e+001 0.000000e+000 1.500000e+001 vertex 3.800000e+001 0.000000e+000 2.470000e+001 endloop endfacet

如图为基座的STL模型基座STL模型

读取STL文件

这一块实在没啥好说的，虽然我也很想说说，但是确实没啥好说的，直接参考大佬的代码就可以了代码在头文件里面定义了两个类，一个用来读facet的数据，Model类则是前一个的集合，读取整个文件模型读取过程也比较简单，从文件开头读，读到关键字，然后去关键字后面找数据，存起来就完事了，存到Model类里面读文件的过程可以参考Qt读txt文件的过程，从第一行读到最后一行看吧，确实没啥好说的

openGL中显示STL模型

在STL显示过程中需要先对openGL进行设置，有个坑在这说下：

光源问题，光源的设置是一个比较麻烦的问题，这个可以参考网上的东西做一个比较好的光源，我在这只用了一个简单的光源，看起来也还可以 glEnable(GL_LIGHTING); glEnable(GL_LIGHT0); glEnable(GL_COLOR_MATERIAL); glLightModeli( GL_FRONT, GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE );//设置材料属性，表面漫射反射之类的 static GLfloat lightPosition[4] = { 1.f, 1.0f, 1.f, 0.f }; glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, lightPosition); 调节视角: //旋转与平移视角 glMatrixMode(GL_MODELVIEW); glScalef(0.15*scale, 0.15*scale, 0.15*scale);//调节视角大小比例 glRotatef(xRot / 2.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f);//调节视角，与鼠标和键盘回调函数结合使用 glRotatef(yRot / 2.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f); glRotatef(zRot / 2.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f); glTranslated(tran_x, tran_y, 0);//平移视角 //回调函数 void AppGLWidget::mousePressEvent(QMouseEvent *event) { mouseLastPos = event->pos(); } void AppGLWidget::mouseMoveEvent(QMouseEvent *event) { int dx = event->x() - mouseLastPos.x(); int dy = event->y() - mouseLastPos.y(); mouseLastPos = event->pos(); xRot += dy; yRot += dx; update(); } void AppGLWidget::wheelEvent(QWheelEvent *event) { scale *= 1 + event->delta() * (s0 - 1); update(); } void AppGLWidget::keyPressEvent(QKeyEvent * event) { switch (event->key()) { case Qt::Key_Up: tran_y += 10; break; case Qt::Key_Down: tran_y -= 10; break; case Qt::Key_Left: tran_x += 10; break; case Qt::Key_Right: tran_x -= 10; break; case Qt::Key_R: tran_x = 0;tran_y = 0; break; case Qt::Key_A: zRot += 10; break; case Qt::Key_D: zRot -= 10; break; } update(); } 画图函数如下： void AppGLWidget::DrawOneModel(Model m, size_t indexR, size_t indexP) { QVector3D n; QVector3D v; STLTriangle t; Matrix3d R; Vector3d P; Vector3d vert;//顶点 //根据零件编号选择旋转与平移矩阵进行运动学坐标变换 if(indexR == 0 && indexP == 0) { R = Matrix3d::Identity(3, 3); P = Vector3d::Zero(3, 1); } else { R = kollkine.getRotation(indexR); P = kollkine.getPosition(indexP); } for(int i = 0; i v = t.GetVertex(j); vert T[i]

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