用于服务机器人操作演示与算法验证的三维仿真平台制造技术

本发明专利技术公开了一种用于服务机器人操作演示与算法验证的三维仿真平台，包括服务机器人仿真模型、三维居家仿真环境以及软硬件接口。所述服务机器人三维仿真模型模拟真实服务机器人，执行在重力、运动惯性以及摩擦力下的相应动作，并在物理引擎作用下自行遵守物理定律；所述三维居家仿真环境模拟真实环境，并利用环境的真实比例和物理参数搭建环境中的物体；所述软硬件接口实现对服务机器人三维仿真模型和三维居家仿真环境的操作以及与真实服务机器人的连接。本发明专利技术通过计算机仿真技术优化了传统服务机器人的开发流程，开发周期，使研发人员能够通过三维仿真环境的再现演示，更加全面测试算法，进而提高研发效率。

3D simulation platform for operation demonstration and algorithm verification of service robot

The invention discloses a 3D simulation platform for service robot operation demonstration and algorithm validation, including service robot simulation model, 3D Home simulation environment and hardware and software interface. The service robot 3D simulation model to simulate the real service robot, perform the appropriate action in gravity, inertia, friction, and the physics engine under the action to comply with the laws of physics; the three-dimensional simulation environment to simulate the real home environment, and the use of the real environment and the proportion of physical parameters to build objects in the environment; the soft the hardware interface connection of service robot 3D simulation model and 3D simulation environment of the home service robot, and the real operation. The invention optimizes the development process and the development cycle of the traditional service robot through the computer simulation technology, so that the R & D personnel can more comprehensively test the algorithm through the demonstration and presentation of the 3D simulation environment, and further improve the research and development efficiency.

【技术实现步骤摘要】
用于服务机器人操作演示与算法验证的三维仿真平台
本专利技术涉及机器人系统仿真
，尤其是一种用于服务机器人操作演示与算法验证的三维仿真平台。
技术介绍
随着机器人学的发展与社会老龄化加剧，服务机器人技术得到了国内外学者的广泛关注，且呈现出规模越来越大、复杂度越来越高的发展态势。服务机器人本身具有专业性强，人机交互性强等特点，要求服务机器人有足够的安全性和可靠性，因此在服务机器人设计及应用过程中，常常需要用到机器人仿真平台，通过仿真平台来模拟机器人以及应用环境，演示操作以及测试算法，给设计人员直观的机器人状态反馈。在公开号为201410185300.1的专利中，提出了一种机器人仿真系统。此专利技术提出使用半物理模型的状态寄存器，数字机器人模型单元，通用分析平台接口和仿真监控界面，该仿真系统还包括外部设备，其与机器人控制器相连接，用于进行半物理硬件在环仿真。此专利技术存在一些不足，没有提及针对机器人工作环境的建模，也没有对机器人的运动学和动力学进行精确的建模。事实上，对机器人工作环境的建模是构建机器人仿真系统中很重要的一环，在对机器人运动学和动力学研究的过程中，往往涉及与环境的交互过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于服务机器人操作演示与算法验证的三维仿真平台，其特征在于，包括服务机器人三维仿真模型、三维居家仿真环境以及软硬件接口；其中：所述服务机器人三维仿真模型：模拟真实服务机器人，执行在重力、运动惯性以及摩擦力下的相应动作，并在物理引擎作用下自行遵守物理定律；所述三维居家仿真环境：模拟真实环境，并利用环境物体的真实比例和物理参数搭建环境中的物体；所述软硬件接口：实现对服务机器人三维仿真模型在三维居家仿真环境中的操作以及与真实服务机器人的连接。

【技术特征摘要】
1.一种用于服务机器人操作演示与算法验证的三维仿真平台，其特征在于，包括服务机器人三维仿真模型、三维居家仿真环境以及软硬件接口；其中：所述服务机器人三维仿真模型：模拟真实服务机器人，执行在重力、运动惯性以及摩擦力下的相应动作，并在物理引擎作用下自行遵守物理定律；所述三维居家仿真环境：模拟真实环境，并利用环境物体的真实比例和物理参数搭建环境中的物体；所述软硬件接口：实现对服务机器人三维仿真模型在三维居家仿真环境中的操作以及与真实服务机器人的连接。2.根据权利要求1所述的用于服务机器人操作演示与算法验证的三维仿真平台，其特征在于，所述服务机器人三维仿真模型针对真实服务机器人进行三维建模，包括：运动关联模块、运动控制模块和碰撞检测模块；其中：所述运动关联模块以环节a和关节a为基本单位，描述真实服务机器人的各组成部分及其相互关联关系；其中，所述环节a包括描述真实服务机器人组成部分的外观信息、碰撞信息以及运动学信息，所述关节a包括描述真实服务机器人组成参数的阻尼、摩擦系数以及极限状态；所述运动控制模块确保服务机器人三维仿真模型以确定状态运动，同时完成复合姿态运动，包括移动平台控制单元、关节控制单元、外部传感器控制单元、导航避障单元以及基于环境设计的其他基本动作控制单元；其中，所述移动平台控制单元将用户通过软硬件接口输入的运动指令，解析为服务机器人三维仿真模型执行运动时所需要的线速度和角速度；所述关节控制单元对服务机器人三维仿真模型的关节与位置和速度之间建立闭环，并通过PID控制器进行反馈调节；所述外部传感器控制单元选择服务机器人三维仿真模型上的机载传感器种类，设置传感器参数，完成服务机器人三维仿真模型对外部环境的感知；所述导航避障单元载入外部传感器控制单元获得的环境信息，据此建立地图，并实时更新，规划服务机器人三维仿真模型在该地图下的运动路径，避免服务机器人三维仿真模型与所观测到的环境中的物体发生碰撞；所述其他基本动作包括如下任意一项或任意多项动作：开门关门、抓取物体、放置物体、端水递药、自动巡逻；所述碰撞检测模块确保服务机器人三维仿真模型在运动过程中自身各部分不发生碰撞，包括碰撞检测形状以及形状操作单元，所述碰撞检测形状采用任意一种或任意多种类型的包围体，所述形状操作单元对需要进行碰撞检测的物体依次求出上述碰撞检测形状的最小包围体，并利用需要进行碰撞检测的物体上各点与最小包围体之间的距离，选择各点距离求和最小的最小包围体作为物体的碰撞检测模型。3.根据权利要求2所述的用于服务机器人操作演示与算法验证的三维仿真平台，其特征在于，所述外观信息是指利用计算机辅助设计软件构建真实服务机器人的视觉模型或利用服务机器人三维仿真平台内部函数构建几何形状模型；所述碰撞信息是指物体最小包围体种类、几何信息以及在环境中的位姿；所述运动学信息是指物体本身的几何信息和在环境中的位姿；所述极限状态是指真实服务机器人在真实环境中，各个关节的电机所能到达的极限位置。4.根据权利要求3所述的用于服务机器人操作演示与算法验证的三维仿真平台，其特征在于，所述计算机辅助设计软件包括Autodesk；所述服务机器人三维仿真平台内部函数包括任务规划器函数、待抓取物体抓取姿态生成器函数、激光点云地图创建函数、运动指令解析函数和/或关节控制函数。5.根据权利要求2至4中任意一项所述的用于服务机器人操作演示与算法验证的三维仿真平台，其特征在于，所述真实服务机器人采用移动机械臂平台，包括移动平台、机械臂、外部传感器以及移动平台控制器，所述机械臂设置...

【专利技术属性】
技术研发人员：王景川，陈卫东，王怡文，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31