Bài giảng Lập trình mô phỏng robot và hệ cơ điện tử ME4291 - Bài 1: Mở đầu và các phần mềm thiết kế

LẬP TRÌNH MÔ PHỎNG 
ROBOT VÀ HỆ CƠ ĐIỆN TỬ 
ME4291 
PGS. PHAN BÙI KHÔI & 
TS. PHAN MẠNH DẦN 
BỘ MÔN CƠ HỌC ỨNG DỤNG, VIỆN CƠ KHÍ 
1 
Trao đổi 
• Liên lạc là chìa khóa thành công 
• Mọi thành viên đăng ký tham gia vào 
nhóm tin của lớp 
• Gửi và nhận câu trả lời của mọi thành viên 
qua email 
• Download bài giảng và các tài liệu, phần mềm 
2 
Nhóm tin của lớp 
Ai biết kiến thức sau? 
• Mô hình hóa bằng CAD (AutoCAD, 
SolidWorks) 
• Sử dụng phần mềm tính toán (Maple, 
Matlab) 
• Lập trình Visual C++/MFC 
4 
Nội dung môn học 
• Tổng quan về mô hình hóa và mô phỏng 
• Các ngôn ngữ lập trình, các phần mềm, thư 
viện phục vụ quá trình mô phỏng 
• Tạo cơ sở dữ liệu cho quá trình mô phỏng 
• Lập trình & Tối ưu hóa mô phỏng 
• Tích hợp và đóng gói các phần mềm mô phỏng 
• Thực hành mô phỏng trên một đối tượng cụ 
thể. 
5 
Phương pháp làm việc 
• Nghe giảng: 10 tuần 
– PGS. Phan Bùi Khôi (5 tuần): tổng quan, phương 
pháp mô hình hóa robot, các phương pháp xác 
định quy luât chuyển động 
– TS. Phan Mạnh Dần (5 tuần): các phần mềm mô 
hình hóa 3D, lập trình đồ họa, tích hợp các 
module chương trình, ứng dụng mô phỏng đối 
tượng cụ thể 
• Thực hành: 5 tuần 
– Chia nhóm làm bài tập mô phỏng hệ cụ thể 
6 
Nguyên tắc chung mô phỏng 
trực quan robot & hệ CĐT 
Xây dựng mô hình cơ học 
Xây dựng mô hình toán học & 
phương trình mô tả hoạt động 
Xây dựng mô hình thể hiện đối 
tượng bằng phần mềm thiết kế 
3D 
Lập trình đồ họa thể hiện vị trí 
các vật tại từng thời điểm 
PGS. 
Phan 
Bùi 
Khôi 
TS. 
Phan 
Mạnh 
Dần 
7 
Các phần mềm thiết kế 3D 
3D CAD (Computer Aided Design) 
• AutoCAD 
• SolidWorks 
• Pro Engineer 
• Catia 
• Inventor 
•  
8 
AutoCAD 
• Được sử dụng thông dụng nhất, mạnh về thiết 
kế và thể hiện bản vẽ kỹ thuật 
• Mô hình hóa 3D không thực sự trực quan 
9 
SolidWorks 
• Mạnh về liên kết với các file tính toán, truy 
suất giữ liệu của các chi tiết thiết kế thông qua 
bảng tính 
• Có cả module mô phỏng và tính toàn động 
học của các kết cấu 
10 
Catia, ProEngineer, Inventor 
• Catia 
– Giao diện đẹp, dễ dùng 
– Khả năng tính toán bền của các chi tiết thiết kế mạnh 
• ProEngineer 
– Dùng phổ biến nhất khi thiết kế khuôn mẫu 
• Inventor 
– Thiết kế tham số 
– Khả năng thể hiện vật liệu trên chi tiết rất trực quan 
11 
AUTOCAD 3D CĂN BẢN 
BÀI GIẢNG CỦA ĐẠI HỌC AUTODESK 
12 
Trao đổi thông tin giữa các phần 
mềm trợ giúp thiết kế (CAD) 
• Các phần mềm thương mại dùng các dạng tệp tin 
riêng 
– AutoCAD (.dwg), SolidWorks (. SLDPRT) 
• Để trao đổi bản vẽ giữa các phần mềm CAD, một 
số dạng tệp tin thường được sử dụng 
– DXF: Xuất các bản vẽ AutoCAD, thể hiện đầy đủ các 
đối tượng AutoCAD. Hầu hết các phần mềm CAD hỗ 
trợ. Phức tạp. 
– STL: Chuẩn được tất cả các phần mềm CAD thiết kế. 
Chỉ chứa thể hiện của đối tượng. Không sửa đổi được 
đối tượng. 
13 
Ví dụ file STL 
• Trong AutoCAD: vẽ khối trụ bằng lệnh Cylinder 
• Xuất ra tệp tin STL bằng lệnh STLOUT, chọn 
dạng văn bản (ASCII) 
• Mở tệp STL đầu ra 
14 
Ví dụ tệp STL đầu ra 
solid AutoCAD 
 facet normal 0.0000000e+000 
0.0000000e+000 1.0000000e+000 
 outer loop 
 vertex 1.0000010e+000 
1.0000010e+000 1.0000010e+000 
 vertex 1.0000000e-006 
1.0000010e+000 1.0000010e+000 
 vertex 1.0000010e+000 
1.0000000e-006 1.0000010e+000 
 endloop 
 endfacet 
 facet normal 1.0000000e+000 
0.0000000e+000 0.0000000e+000 
 outer loop 
 vertex 1.0000010e+000 
1.0000000e-006 1.0000000e-006 
 vertex 1.0000010e+000 
1.0000010e+000 1.0000000e-006 
 vertex 1.0000010e+000 
1.0000010e+000 1.0000010e+000 
 endloop 
 endfacet 
endsolid AutoCAD 
15 
Sử dụng tệp tin STL trong mô 
phỏng 3 chiều 
• Trong các chương trình mô phỏng trong 
chương trình này, các tệp tin STL dạng văn 
bản sẻ được sử dụng chủ yếu vì tính đơn giản 
của chúng 
• Khi đó, kết quả tính toán vị trí các vật trong hệ 
sẽ được sử dụng để hiển thị các vật, từ đó có 
được mô phỏng trực quan của cơ hệ 
16 
Các Giao diện lập trình (API) đồ 
họa 3 chiều dùng trong mô phỏng 
• Có hai Giao diện lập trình (API) nổi bật trong lập trình 
đồ họa 3 chiều: OpenGL và DirectX 
• OpenGL là giao diện mở, có trên hầu hết các hệ thống 
máy tính (Windows, Mac OS, Linux) 
• DirectX là giao diện bản quyền của Microsoft, có trong 
các hệ thống chạy hệ điều hành của hãng này 
(Windows, Xbox, Windows Phone) 
• OpenGL thường được dùng phổ biến hơn trong các hệ 
đồ họa chuyên nghiệp (làm phim, mô phỏng khoa 
học) trong khi DirectX được dùng nhiều hơn trong lập 
trình game 
• Hầu hết các card tăng tốc đồ họa hỗ trợ cả hai 
17 
Quy trình chung mô phỏng 
trực quan hệ cơ học 
Xây dựng mô hình cơ học & thiết lập PT CĐ 
(Maple, Matlab) 
Giải phương trình chuyển động (PP số trong 
C++) 
Xây dựng mô hình thể hiện đối tượng bằng 
phần mềm thiết kế 3D (Solidworks, Inventor) 
Xuất thể hiện từng vật ra tệp STL 
Lập trình đồ họa thể hiện vị trí các vật tại từng 
thời điểm (OpenGL hoặc DirectX trong C++) 
18 
Phần mềm 
• Mô hình hóa cơ hệ: Maple từ R13 
• Thiết kế 3D: AutoCAD 2010 hoặc SolidWorks 
2009 
• Công cụ lập trình: Visual C++ 2008 hoặc 2010 
19 
Câu hỏi?