2.5　用Blender制作机器人的三维模型

在这一节中，我们将设计机器人的3D模型。3D模型主要用来进行三维仿真，采用Blender工具软件进行建模。Blender的版本必须要在V2.6以上，目前我们只在V2.6以上版本中测试过。

Blender软件主界面上的工作空间和用于3D建模的工具栏如图2-14的屏幕截图所示。

我们选择用Blender这个工具的主要原因是，它可以用Python脚本语言进行机器人的3D建模。Blender有一个内置的Python解释器和脚本编辑器，用于代码编写。这里，我们就先不讨论Blender的用户界面了，可以在网上找到详细的教程，可参考下面的链接：http://www.blender.org/support/tutorials/。

下面，我们用Python在Blender中开始为机器人进行3D建模吧！

2.5.1　Blender中的Python脚本语言

Blender软件主要使用C、C++和Python语言。用户可以通过编写自己的Python脚本语言，调用Blender中的所有功能函数。如果你非常精通Blender中Python的API接口，那么可以完全通过编写Python脚本代码构造机器人的3D模型，代替通过人工拖曳工具栏上的工具软件进行建模。

图2-14　Blender软件主界面

Blender使用Python 3.x.Blender版本。Python API大部分都比较稳定，但有些地方的功能仍需要补充和改进。详细的Python API文档可参考：http://www.blender.org/documen-tation/blender_python_api_2_69_7/。

下面，我们开始用Blender中的Python API编写机器人模型的脚本代码。

2.5.2　Blender中的Python API介绍

Blender中的Python API接口能够完成绝大部分的功能，能完成的工作主要有以下几项：

可以编辑Blender中的任何数据，例如场景、网格、单点数据等；

修改用户偏好设置、索引图及界面主题；

创建新的Blender工具；

用Python编写OpenGL命令行，绘制3D视角。

Blender给Python解释器提供了一个bpy模块，这个模块可以导入Python脚本语言中，并访问Blender中的数据、类和函数。Python脚本必须通过这个模块，才能处理Blender中的数据。bpy中我们所用到的Python模块有以下几种：

Context Access（上下文访问）：允许从bpy.context脚本访问Blender用户界面功能。

Data Access（数据访问）：允许访问Blender内部数据（bpy.data）。

Operators（运算符）：允许Python访问调用运算符，其中包括C、Python和Macros的运算符（bpy.ops）。

为了在Blender中切换到脚本编辑状态，需要改变Blender的界面布局。图2-15所示的屏幕截图中用方框标明的选项，可以帮您很容易地切换到脚本编辑的界面状态。

图2-15　脚本编辑状态

在切换到脚本编辑状态之后，在Blender中可以看到一个文本编辑器和Python的控制台窗口。在文本编辑器中，我们可以通过调用Blender的API接口进行代码编写，也可以尝试通过Python控制台进行Python命令操作。单击“新建”（New）按钮，可以创建一个新的Python脚本文件，并命名为robot.py。现在，我们可以仅通过使用Python脚本语言对机器人的3D模型进行建模。接下来的部分包含对机器人进行3D建模的完整脚本设计过程。在运行之前，我们先来讨论一下它的代码编写过程。希望在此之前，你已经从网站上了解过Blender中提供的Python API接口设置。可以把接下来的代码部分成6个Python功能函数，目的是为了设计出机器人的底座、中间层和顶层，机器人的电机和轮子，4个支撑管，最后将它们输出形成STL（STereoLithography，立体平板印刷）格式的3D文件，用于模型的仿真。

2.5.3　机器人建模中的Python脚本

下面，我们来看看在机器人建模过程中，如何一步步编写Python脚本。

1.?在开始编写Python脚本之前，我们必须在Blender中先导入bpy模块。bpy模块包含Blender中所有的功能函数，并且只能通过Blender应用程序进行内部访问：

2.?下面的函数将画出机器人的底座。一个半径为5cm的圆柱面，在它的两侧都削减去一部分，用于机器人电机的连接，连接状态在Blender中可以用布尔型（Boolean）修饰符：

3.?创建两个半径为0.05m的立方体，它们分别位于底座的两边。创建这两个立方体是为了从底座上抠掉这两个立方体。这样，我们会得到一个底座，它的两边有两个空心的立方体。之后，要将之前创建的这两个立方体删除，该过程的代码如下：

4.?绘制机器人底座上的电机和轮子：

5.?绘制轮子，它是由一个半径为0.045m高为0.01m的圆柱体制成的。在轮子生成以后，它可以旋转到合适的角度，放置在底座两边空心的立方体处：

6.?在底座上添加两个虚拟的电机。电机的2D设计尺寸在前面已经提到过。电机大致就是一个圆柱体的形状，通过旋转到合适的角度将其放置在底座上：

7.?在电机上添加一个轴，相当于对电机进行建模。电机的轴也可以看作是一个小的圆柱体，将其旋转合适的角度，插入电机模型中：

8.?在底座上添加两个脚轮。这里我们用圆柱体代替轮子，在仿真的时候，可以把它当作是轮子：

9.?添加一个虚拟的Kinect传感器：

10.?绘制机器人的中间层：

11.?绘制连接底层、中间层和顶层的4个支撑空心管：

12.?将设计好的机器人图纸输出成STL格式文件。在执行脚本命令之前，要更改STL文件的路径：

13.?在文本编辑器中键入代码之后，通过点击“运行脚本”按钮执行该脚本，如

图2-16屏幕截图上的方框所示。输出的3D模型会在Blender的3D视图窗口显示。同时，如果认真查看桌面，能够找到用于仿真的exported.stl文件。

exported.stl文件可以用MeshLab软件打开，MeshLab的屏幕截图如图2-17所示。

图2-16　执行脚本后的屏幕截图

图2-17　MeshLab截图

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你可从华章网站（www.hzbook.com）下载本书的示例代码。