工业机器人运动仿真编程实践 基于Android和OpenGL

本书内容简洁、结构清楚，用完整的例子讲解如何用Java语言、OpenGL、Android实现工业机器人运动仿真的编程。
 

本书介绍使用JAVA语言和OpenGL图形编程工具编写安卓操作系统工业机器人仿真软件的编程方法和程序实例。按照书中的内容顺序和示例程序，读者可以自己编写出一个简单的工业机器人运动仿真程序，在安卓操作系统手机和平板电脑上运行。

郇极，男，北京航空航天大学教授，博士生导师，1982年在德国斯图加特大学获工学博士学位；主要从事面向机械制造及自动化领域的数字控制和伺服技术研究，以及博士、硕士研究生培养工作。 目前主要研究内容包括：开放式控制系统的软硬件平台技术，以多通道控制技术为核心的数控机床组网技术和柔性生产线控制技术，用于数字伺服传动技术的现场总线（CAN、SERCOS、PROFIBUS)。曾完成国家65、75、85攻关和863计划多项研究项目，多次开发出代表国家数控技术水平的数控系统；在国内外杂志发表论文30篇，由德国Springer出版社出版专著一部。曾获国家科技进步三等奖、机械工业部科技进步一等奖和航空工业部科技进步二等奖各一项。与德国Stuttgart大学和Braunschweig大学保持长期稳定的合作研究关系，联合培养博士研究生。
作者已经出版的书如下：
1.工业机器人运动仿真编程实践 —— 基于Android和OpenGL
2.基于平板电脑的数控系统和软件设计
3.基于工业控制编程语言IEC 61131 —3的数控系统软件设计
4.工业以太网现场总线EtherCAT驱动程序设计及应用
5.数字伺服通讯协议SERCOS驱动程序设计及应用

前言

第1章 概述1
1.1 开发和编程环境1
1.2 OpenGL图形编程工具2
1.3 本书特点2
第2章 工业机器人运动仿真样机介绍3
2.1 机器人运动仿真应用程序PAD ROBOT3
2.2 机器人运动仿真样机GL ROBOT4
第3章 Java编程语言6
3.1 Java程序设计6
3.1.1 Java语言特点6
3.1.2 开发环境7
3.2 Java语言基础7
3.2.1 Java程序的符号集7
3.2.2 Java程序的基本组成8
3.2.3 常量与变量9
3.2.4 数据类型9
3.2.5 运算符和表达式10
3.2.6 控制语句11
3.3 示例程序设计的Java语法要点12
3.3.1 类和对象12
3.3.2 枚举类型13
3.3.3 数组14
3.3.4 String类14
3.3.5 异常处理15
3.3.6 包的应用16
3.3.7 数学运算16
第4章 Android应用程序开发环境18
4.1 Android开发概述18
4.1.1 Android系统框架18
4.1.2 Android应用程序开发环境的搭建19
4.1.3 Android工程的结构和运行21
4.2 基于Android开发机器人运动仿真软件23
4.2.1 Activity和视图布局23
4.2.2 定时器26
第5章 OpenGL编程示例28
5.1 安装Android应用程序开发工具Eclipse28
5.2 物体表面定义28
5.3 GL ROBOT基座part0的数据结构29
5.4 创建GL ROBOT基座的顶点和法向量数组30
5.5 创建显示界面35
5.6 创建渲染器接口类36
5.6.1 onSurfaceCreated( )方法37
5.6.2 onSurfaceChanged( )方法38
5.6.3 onDrawFrame( )方法39
5.7 创建视图类41
5.8 编写主程序42
5.9 运行示例程序42
第6章 GL ROBOT部件编程44
6.1 部件part144
6.1.1 结构44
6.1.2 构建转台的顶点和法向量数组45
6.1.3 构建立柱的顶点和法向量数组51
6.1.4 显示53
6.2 部件part254
6.2.1 结构54
6.2.2 构建关节的顶点和法向量数组54
6.2.3 构建摆杆的顶点和法向量数组55
6.2.4 显示57
6.3 部件part358
6.3.1 结构58
6.3.2 构建圆柱的顶点和法向量数组58
6.3.3 显示59
6.4 部件part460
6.4.1 结构60
6.4.2 构建圆柱体侧面顶点和法向量数组60
6.4.3 显示61
6.5 部件part562
6.5.1 结构62
6.5.2 构建摆杆和关节的顶点和法向量数组62
6.5.3 显示63
6.6 部件part664
6.6.1 结构64
6.6.2 构建转盘和卡爪的顶点和法向量数组64
6.6.3 显示66
第7章 GL ROBOT操作界面编程68
7.1 操作界面布局68
7.2 操作按钮编程71
7.2.1 按钮A0～A5编程71
7.2.2 按钮move和stop编程73
7.2.3 按钮F%编程75
7.3 位置、速度和定时器计数显示编程76
7.4 运行操作界面77
第8章 GL ROBOT运动仿真编程78
8.1 定时器编程78
8.2 运动控制编程79
8.2.1 添加全局静态变量79
8.2.2 关节位置计算79
8.2.3 JOINT变量赋值80
8.3 运动和显示编程81
附录83
附录1 _surfaced类的源程序83
附录2 GL_CONST类和ROB_PAR类的源程序92
附录3 _part 0～_part 6类的源程序93
附录4 activity_main.xml的源程序110
附录5 渲染器接口viewRenderer 及其onDrawFrame( )方法的源程序112
附录6 视图类MyGLView的源程序119
附录7 MainActivity的源程序120
参考文献130

本书介绍使用Java语言和OpenGL图形编程工具开发Android操作系统下工业机器人仿真软件的编程方法和程序实例，可以帮助读者学习Android操作系统下工业机器人仿真软件开发技术以及OpenGL编程技术。
平板电脑（Tablet Personal Computer）是目前广泛使用的移动多媒体设备。由于其具有丰富的显示、操作、计算和互联网功能，因此逐渐开始被应用于工业化自动控制领域。平板电脑既可以作为具有控制、操作和显示功能的全功能控制器，也可以作为主控制装置的操作和显示单元使用。控制过程的运动图形仿真能为控制系统操作和调试提供很大的方便，目前已经成为许多控制装置的必要功能和基本要求。
作者于2016年在北京航空航天大学的数控和伺服技术实验室网站上（www.nc-servo.com）发布了用于工业机器人教学和编程练习的虚拟工业机器人控制系统程序（PAD ROBOT）。它是运行在Android操作系统平板电脑或手机上的虚拟工业机器人控制系统程序，能够为使用者提供一个便捷、安全的工业机器人运动控制编程练习。使用者可以在平板电脑或手机上编写自己的机器人运动控制程序，然后在该系统上运行，从而学习工业机器人编程技术。该系统具有工业机器人控制系统的基本功能，包括运动控制程序创建、程序译码、关节坐标系运动控制、直角坐标系运动控制、工具姿态控制、直线和圆弧插补、工具补偿、工具更换、运行操作。
虚拟工业机器人控制系统程序（PAD ROBOT）是作者使用Java语言和OpenGL图形编程工具编写的工业机器人运动仿真应用程序。本书将作者开发控制系统PAD ROBOT时所编写的典型图形和动画编程程序介绍给读者，帮助读者学习工业机器人仿真软件开发技术及Android操作系统下的OpenGL编程技术。
本书的主要内容如下：
 第1章为概述，介绍了用平板电脑进行工业机器人仿真编程的意义和本书特色。
 第2章介绍了作者开发的两个机器人运动仿真样机，读者可以把它们安装在平板电脑和手机上，完成操作演示。
 第3章概要介绍了Java编程语言，给出了与本书后续内容相关的典型编程示例。
 第4章概要介绍了基于Android操作系统的开发环境，给出了与本书后续内容相关的典型编程示例。
 第5章以机器人运动仿真样机的基座部件为例，介绍应用Android操作系统和OpenGL编程的基本方法，完成一个在平板电脑或手机上运行的机器人运动仿真样机基座部件的3D显示示例。
 第6章以机器人运动仿真样机程序为例，完成机器人全部部件的3D建模和显示。
 第7章介绍机器人运动仿真操作界面的编程方法和编程示例。
 第8章介绍机器人运动控制的编程方法和编程示例，终完成机器人的运动演示。
附录1～7为本书示例程序的源程序文档。
按照本书的内容顺序和示例程序，读者可以自己编写出一个简单的工业机器人运动仿真程序，在Android操作系统下的手机和平板电脑上运行。本书内容对使用OpenGL编程工具编写Android操作系统下的其他图形显示软件也具有参考作用。
本书配备的电子资源有：PAD ROBOT 安装程序、GL ROBOT安装程序、_surfaced类的Java源程序、GL_CONST类的Java源程序、ROB_PAR类的Java源程序、JOINT类的Java源程序。读者可在www.cmpedu.com上下载。
书中的疏漏和不足之处敬请指导。

作 者