仿真在提高機(jī)器人工作效率、復(fù)雜運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃、碰撞和干涉檢驗(yàn)、直觀地觀察編程結(jié)果、優(yōu)化編程等方面的優(yōu)勢(shì)已引起了人們的極大興趣，并成為當(dāng)今機(jī)器人學(xué)中—個(gè)十分活躍的研究方向。以往由于機(jī)器人圖形和動(dòng)畫仿真的計(jì)算量很大，在微機(jī)上實(shí)現(xiàn)效果不佳或根本無法實(shí)現(xiàn)，因此大多數(shù)的仿真都是基于圖形工作站的。由于設(shè)備昂貴，從而限制了這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展。隨著計(jì)算機(jī)硬件以及CAD/CAM技術(shù)的飛速發(fā)展，這一問題得到了進(jìn)一步解決。

AutoCAD是國(guó)內(nèi)使用最多的CAD軟件之一，它為開發(fā)人員配備了更加豐富的ActiveX對(duì)象用于二次開發(fā)?？梢园裋BA工程嵌入到DWG文件中，由此可以將DWG文件所需要的應(yīng)用程序與其一起傳送。以AutoCAD為工作平臺(tái)，以參數(shù)化三維實(shí)體造型進(jìn)行建模，通過AutoCAD二次開發(fā)工具VBA編程驅(qū)動(dòng)機(jī)器人模型，建立一個(gè)在AutoCAD平臺(tái)上的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)。這種系統(tǒng)可以在幾秒鐘內(nèi)產(chǎn)生所需要的機(jī)器人模型，實(shí)時(shí)地模擬機(jī)器人的操作過程，并形象地顯示出來。通過這種模擬，可以確定機(jī)器人與環(huán)境的關(guān)系，檢查桿件之間的干涉和碰撞。規(guī)劃?rùn)C(jī)器人的運(yùn)動(dòng)路徑，判斷作業(yè)的可行性和評(píng)定機(jī)器人的性能。因此，該系統(tǒng)也為設(shè)計(jì)、研究機(jī)器人提供了強(qiáng)有力的幫助。

一、VBA在AutoCAD中的實(shí)現(xiàn)方法

VBA(Visual Basic for Applications)是Microsoft公司開發(fā)的一個(gè)面向?qū)ο蟮目梢暬幊汰h(huán)境，它功能強(qiáng)大、內(nèi)容豐富，使用簡(jiǎn)單，AutoDesk公司將它納入到AutoCAD內(nèi)部。要掌握VBA在AutoCAD中的實(shí)現(xiàn)方法，我們先需了解ActiveX這一概念，ActiveX是Microsoft提出的一個(gè)基于COM（Component Object Model）的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，它是一種面向?qū)ο蟮募夹g(shù)，利用ActiveX在windows系統(tǒng)的統(tǒng)一管理下，不同的應(yīng)用程序之間可以相互溝通，相互控制。ActiveX在AutoCAD與VBA之間起著橋梁的作用。AutoCAD ActiveX 提供了一種機(jī)制，該機(jī)制可使編程者通過編程手段從AutoCAD的內(nèi)部或外部來操縱AutoCAD。ActiveX與 AutoCAD和VBA之間的關(guān)系如圖1所示。

二、利用VBA及ActiveX對(duì)AutoCAD進(jìn)行二次開發(fā)

用AutoCAD VBA進(jìn)行二次開發(fā)，和VB一樣，都要用工程來組織應(yīng)用程序。一個(gè)工程就是與應(yīng)用程序有關(guān)的全部模塊、對(duì)象以及和環(huán)境選項(xiàng)有關(guān)的設(shè)置。在AutoCAD VBA中，工程分為嵌入式（embedded project）工程與通用式（global project）工程兩種。嵌入式工程在打開圖形文件的時(shí)候自動(dòng)加載，其本身依賴文件的存在而存在；通用式工程是以文件的形式保存在磁盤上，具有更好的通用性。通用式工程可以方便地實(shí)現(xiàn)不同用戶和不同圖形文件之間的共享。利用AutoCAD VBA進(jìn)行二次開發(fā)步驟和VB類似，首先，在AutoCAD中啟動(dòng)VBA開發(fā)環(huán)境，即在AutoCAD命令行上鍵入VBAIDE，或點(diǎn)菜單中的工具下拉菜單宏中的子菜單Visual Basic編輯器就可啟動(dòng)VBA開發(fā)環(huán)境，如圖2所示。在VBA的可視化開發(fā)環(huán)境中，根據(jù)用戶需求，建立相應(yīng)的工程文件，添加所需要的各種模塊、窗體、控件，定義對(duì)象的屬性和方法，編寫對(duì)象相應(yīng)事件對(duì)應(yīng)的程序代碼，最后完成整個(gè)工程設(shè)計(jì)。

三、機(jī)械手建立與運(yùn)動(dòng)仿真

1.系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

編制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真模擬軟件，分為三個(gè)模塊，如圖3所示。

仿真軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖4所示。

2.機(jī)械手模型的設(shè)計(jì)

AutoCAD最大優(yōu)點(diǎn)就是造型功能強(qiáng)大，所以，用VBA編寫一般的三維實(shí)體非常方便，在造型時(shí)使用VBA的對(duì)象Acad3Dsolid，它提供了豐富的三維造型命令，如創(chuàng)建長(zhǎng)方體用Acad3Dsolid對(duì)象中的Add Box，創(chuàng)建圓錐體用Add Cone，創(chuàng)建圓柱體用Add Cylinder。本軟件中復(fù)雜的三維實(shí)體，都是用以上基本實(shí)體造型，通過交、差、并以及布爾運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)的。如在This Drawing文檔的模型空間內(nèi)創(chuàng)建圓柱體cyObj2的命令為cyObj2 = This Drawing Model Space Add Cylinder (center， radius，height)，其中Model Space為模型空間（圖樣空間為acPaper Space），center為圓柱體中心點(diǎn)坐標(biāo)，radius為圓柱體半徑，height為圓柱體高度。為了使建立的模型有良好的顯示效果，采用體著色，需調(diào)用AutoCAD的命令，命令為This Drawing Send Command “shademodeg”。需要注意的一點(diǎn)就是在字符串的最后有一個(gè)空格，代表的是最后的回車鍵，用來執(zhí)行命令。軟件采用的是參數(shù)化建模方法，即可以用鍵盤的方式參數(shù)化各個(gè)連桿的長(zhǎng)度，特建立以下對(duì)話框，如圖5所示。

3.機(jī)械手動(dòng)作模擬的實(shí)現(xiàn)

機(jī)械手由各個(gè)關(guān)節(jié)組成，關(guān)節(jié)之間的運(yùn)動(dòng)，或?yàn)樾D(zhuǎn)或?yàn)槠揭啤Ｍ瑯佑面I盤的方式對(duì)各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)加以控制，對(duì)各個(gè)關(guān)節(jié)進(jìn)行變換操作，過程與機(jī)械手的參數(shù)化建模相仿，如圖6所示。

在VBA中對(duì)圖像的旋轉(zhuǎn)和平移十分方便，由于該機(jī)械手的各關(guān)節(jié)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所以僅使用對(duì)象中的Rotate3D即可。如旋轉(zhuǎn)圓柱體的命令為cyObj.Rotate3D rotatePt1，rotatePt2，rotate Angle就能完成（其中rotatePt1、rotatePt2為兩點(diǎn)定義的旋轉(zhuǎn)軸，rotate Angle為旋轉(zhuǎn)的角度），仿真結(jié)果位置如圖7所示。

王衛(wèi)東，浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院）