一种基于URDF的机器人动力学与控制通用仿真方法技术

本发明专利技术是一种基于URDF的机器人动力学与控制通用仿真方法。本发明专利技术涉及机器人仿真技术领域，本发明专利技术可以针对各种不同模型，以URDF模型描述为基础，利用多体动力学仿真软件MBDyn进行仿真，是一种基于URDF的机器人动力学与控制通用仿真方法。从三维建模软件中导出目标的URDF模型；在多体动力学仿真软件的.mbs配置文件中设置URDF模型的位置关系；在.mbs配置文件中设定输入输出参数，对模型进行运动控制；将.mbs配置文件导入MBDyn中进行多体动力学仿真，生成仿真动画，输出仿真结果。输出仿真结果。输出仿真结果。

【技术实现步骤摘要】
一种基于URDF的机器人动力学与控制通用仿真方法


[0001]本专利技术涉及机器人仿真
，可以针对各种不同模型，以URDF模型描述为基础，利用多体动力学仿真软件MBDyn进行仿真，是一种基于URDF的机器人动力学与控制通用仿真方法。

技术介绍

[0002]多体系统动力学是研究多体系统运动规律的科学。它是一门高度综合的学科，涉及连续介质力学、有限单元法、结构力学。机器人多体系统的仿真前期是以现代计算力学为基础的仿真阶段，近期扩展到于结构、控制和优化结合的多体系统仿真阶段，正走向结合机
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控与多物理场的多体产品仿真阶段。这就需要设计一种易于获取目标三维模型并进行驱动控制的通用化仿真方法。
[0003]研究与实验结果表明，现有机器人仿真工具在处理不同模型的控制仿真问题中存在模型导入不便捷、处理计算效率不高的问题。一些场景的机器人仿真与控制过度依赖国外软件资源。
[0004]综上所述，本专利技术利用三维建模软件导出目标的URDF模型，提出基于MBDyn多体动力学仿真软件的机器人动力学与控制仿真方法。通过在MBDyn的.mbs配置文件中引用URDF模型得到精度较高的仿真模型，并可以在配置文件中对模型施加驱动力、力矩、速度、位置等参数实现对模型的控制，可以针对多种不同三维模型进行高效便捷的仿真计算。
[0005]目前存在的一些动力学控制与仿真的方法存在着一些建模不方便、模型精度低、计算不高效的问题。比如vrep软件不便于处理三维模型，导入复杂模型时存在失真严重的问题；Adams与Matlab结合的方法不便于配置模型的连接、结构的惯量等约束与参数，不易于修改模型位置关系。而且这些软件大多从国外引进，用于国内一些重点科研项目时也存在信息安全问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术为克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于URDF的机器人动力学与控制通用仿真方法，本专利技术提供了以下技术方案：
[0007]一种基于URDF的机器人动力学与控制通用仿真器，所述仿真器包括：
[0008]三维导出模块，所述三维导出模块从三维建模软件中导出机器人目标的URDF模型；
[0009]配置模块，所述配置模块多体动力学仿真软件的.mbs配置文件中设置URDF模型的位置关系；
[0010]控制模块，所述控制模块在.mbs配置文件中设定输入输出参数，对模型进行运动控制；
[0011]仿真模块，所述仿真模块将.mbs配置文件导入MBDyn中进行多体动力学仿真，生成仿真动画，输出仿真结果。
[0012]优选的，所述三维导出模块针对任意多体系统进行模型导出，导出为基于XML规范的通用机器人描述模型供MBDyn仿真调用。
[0013]优选的，所述软磁材料为纳米晶带材。
[0014]优选的，通过配置模块在.mbs文件中设置OG参数来给定URDF所描述模型的位置与姿态。
[0015]优选的，通过控制模块在.mbs配置文件中编辑INPUT与OUTPUT参数，从而给定输入输出参数，给定速度、给定位置或给定力矩作为驱动。
[0016]一种基于URDF的机器人动力学与控制通用仿真方法，包括以下步骤：
[0017]步骤1：从三维建模软件中导出目标的URDF模型；
[0018]步骤2：在多体动力学仿真软件的.mbs配置文件中设置URDF模型的位置关系；
[0019]步骤3：在.mbs配置文件中设定输入输出参数，对模型进行运动控制；
[0020]步骤4：将.mbs配置文件导入MBDyn中进行多体动力学仿真，生成仿真动画，输出仿真结果。
[0021]优选的，所述步骤1具体为：在三维建模中进行URDF模型的连接名称、关节名称、坐标系、坐标轴、运动副类型参数的定义，设置完成后导出文件夹，其中urdf子文件夹下是含有URDF模型描述的.urdf文件，meshes子文件夹下是包含模型位置信息的.STL三维模型文件。
[0022]优选的，所述步骤2具体为：设定QG参数的方式修改步骤1中URDF模型在仿真软件中摆放的位置与姿态，OG参数有七位，前三位为模型中特定点坐标，后四位为姿态四元数；给运动副或者零部件施加驱动；还通过设置RIGIDBODY并指定GEOMETRY的方式来增设一些刚体模型，与URDF模型共同参与仿真。
[0023]优选的，将.mbs配置文件导入MBDyn多体动力学仿真软件进行仿真；
[0024]从三维建模软件中导出七自由度机械臂和灵巧手的URDF模型，为仿真提供模型描述基础；然后在MBDyn配置文件中通过设置QG参数来进行机械臂和灵巧手模型装配关系设定，通过约束描述将灵巧收固连到机械臂，完成装配。
[0025]一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，当所述处理器运行所述存储器存储的计算机程序时，所述处理器执行根据一种基于URDF的机器人动力学与控制通用仿真方法。
[0026]本专利技术具有以下有益效果：
[0027]本专利技术提出一种基于URDF的机器人动力学与控制通用仿真方法，可以有效针对多种不同的复杂三维模型进行动力学仿真，利用三维建模软件进行URDF模型的导出，可以便捷地获得带有装配关系的仿真模型。
[0028]本专利技术利用.mbs配置文件对模型进行位置、姿态的调整，同时可以添加新的模型与URDF模型一同用于仿真，可以更具实际需求进行模型调整，灵活性高。
[0029]本专利技术利用MBDyn软件进行仿真计算，有效摆脱了对国外多体动力学仿真软件的依赖，提升了国产化程度，注重自主知识产权，提升了软件安全性。
附图说明
[0030]图1为基于URDF的多种复杂模型呈现图；
[0031]图2为URDF模型关节描述；
[0032]图3为MBDyn输入界面；
[0033]图4为基于URDF模型抓捕动作仿真动作序列；
[0034]图5为URDF参数定义；
[0035]图6为URDF导出文件夹；
[0036]图7为灵巧手QG参数；
[0037]图8为长方体形状定义。
具体实施方式
[0038]以下结合具体实施例，对本专利技术进行了详细说明。
[0039]具体实施例一：
[0040]根据图1至图8所示，本专利技术为解决上述技术问题采取的具体优化技术方案是：本专利技术涉及一种基于URDF的机器人动力学与控制通用仿真方法。
[0041]一种基于URDF的机器人动力学与控制通用仿真器，所述仿真器包括：
[0042]三维导出模块，所述三维导出模块从三维建模软件中导出机器人目标的URDF模型；
[0043]配置模块，所述配置模块多体动力学仿真软件的.mbs配置文件中设置URDF模型的位置关系；
[0044]控制模块，所述控制模块在.mbs配置文件中设定输入输出参数，对模型进行运动控制；
[0045]仿真模块，所述仿真模块将.mbs配本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于URDF的机器人动力学与控制通用仿真器，其特征是：所述仿真器包括：三维导出模块，所述三维导出模块从三维建模软件中导出机器人目标的URDF模型；配置模块，所述配置模块多体动力学仿真软件的.mbs配置文件中设置URDF模型的位置关系；控制模块，所述控制模块在.mbs配置文件中设定输入输出参数，对模型进行运动控制；仿真模块，所述仿真模块将.mbs配置文件导入MBDyn中进行多体动力学仿真，生成仿真动画，输出仿真结果。2.根据权利要求1所述的一种基于URDF的机器人动力学与控制通用仿真器，其特征是：所述三维导出模块针对任意多体系统进行模型导出，导出为基于XML规范的通用机器人描述模型供MBDyn仿真调用。3.根据权利要求2所述的一种基于URDF的机器人动力学与控制通用仿真器，其特征是：仿真模块进行多体系统动力学的计算，得到输入输出关系与仿真动画，仿真结果可用于后处理。4.根据权利要求3所述的一种基于URDF的机器人动力学与控制通用仿真器，其特征是：通过配置模块在.mbs文件中设置OG参数来给定URDF所描述模型的位置与姿态。5.根据权利要求4所述的一种基于URDF的机器人动力学与控制通用仿真器，其特征是：通过控制模块在.mbs配置文件中编辑INPUT与OUTPUT参数，从而给定输入输出参数，给定速度、给定位置或给定力矩作为驱动。6.一种基于URDF的机器人动力学与控制通用仿真方法，所述方法基于如权利要求1所述的一种基于URDF的机器人动力学与控制通用仿真器，其特征是：包括以下步骤：步骤1：从三维建模软件中导出目标的URDF模型；步骤2：在多体动力学仿真软件的.mbs配置文件中设置URDF模型的位置关系；步骤3：在.mbs配置文件中设定...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏承，程天明，陈世伟，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：