一种开放式半实物仿真控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种开放式半实物仿真控制系统，涉及机器人仿真训练技术领域，包括场景建模模块

【技术实现步骤摘要】
一种开放式半实物仿真控制系统


[0001]本专利技术涉及机器人仿真训练
，具体是一种开放式半实物仿真控制系统
。

技术介绍

[0002]半实物仿真技术是机器人研究领域中的一个重要部分
。
随着机器人研究的不断深入和机器人领域的不断发展，机器人仿真系统作为机器人设计和研究过程中安全可靠
、
灵活方便的工具，发挥着越来越重要的作用
。
[0003]通过半实物仿真试验来研究机器人的各种性能和特点，已经是机器人理论研究必备方法之一
。
同时，仿真试验结果也为制造机器人提供了有效的参考依据
。
机器人仿真系统对理论和实践的价值
、
意义及作用都是显而易见的
。
但是这种半实物仿真技术只能提供数值型态的计算数据，缺乏对仿真对象
、
仿真过程和仿真结果的可视性
、
生动性和直观性，不利于为大型决策提供支持；同时在机器人研究过程中通常存在以下问题：例如：
[0004]1)
缺乏基于算法训练的机器人场景创建流程，导致场景创建过程复杂且执行效率较低；
2)
不同仿真平台使用的数据结构具有差异性，存在不同平台数据迁移兼容性问题；
3)
缺乏算法的评估测试体系，无法对算法的执行效率进行客观评估；基于以上不足，本专利技术提出一种开放式半实物仿真控制系统
。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一
。
为此，本专利技术提出一种开放式半实物仿真控制系统
。
[0006]为实现上述目的，根据本专利技术的第一方面的实施例提出一种开放式半实物仿真控制系统，包括场景建模模块
、
数据调用模块
、
运动轨迹规划模块
、
仿真模拟模块
、
运动预警模块
、
训练日志查询模块以及执行评估模块；
[0007]所述场景建模模块用于使用场景建模工具
Unity
实现仿真环境，以及建立关系树形结构；完成以下仿真功能：机器人外观仿真
、
动力学仿真
、
传感器功能仿真以及环境仿真；
[0008]所述运动轨迹规划模块用于获取当前机器人模型正在执行的仿真训练任务，基于机器人运动控制算法以及机器人导航算法在关节空间和末端笛卡尔空间采用插补算法，进行加速度
、
速度
、
位置和姿态的插补，形成平滑的运动曲线，并通过逆运动学得到关节空间运动轨迹；
[0009]所述仿真模拟模块用于加载数据调用模块导入的机器人模型
、
静态物体模型的模型数据，场景建模模块建立的树形结构以及运动轨迹规划模块规划的关节空间运动轨迹在场景中进行仿真运行，监测并记录仿真时产生的当前机器人模型正在执行的仿真训练任务的状态，以及实时产生的机器人模型的运行参数
、
机器人模型各运动节点的运行状态；
[0010]所述运动预警模块用于获取仿真时仿真模拟模块监测记录的数据，并基于机器人模型的运动约束条件对机器人模型进行运动检测，根据运动检测结果确定机器人模型的异常运动节点进行预警展示；
[0011]所述训练日志查询模块用于记录与查询仿真训练任务的执行进度情况；所述执行进度情况包括当前正在执行的任务类型
、
任务执行开始时刻
、
任务当前已执行记录数以及任务执行时产生的数据；
[0012]所述执行评估模块用于对仿真训练任务的执行情况进行统计分析，显示每个已执行任务的累计执行时长
、
累计节约时间和当前状态
。
[0013]进一步地，所述仿真模拟模块进行仿真运行的具体步骤如下：
[0014]根据场景建模模块搭建的仿真环境，控制机器人模型执行运动仿真，并控制机器人模型仿真的运动速度；
[0015]通过传感器功能仿真采集运动仿真数据，通过环境仿真采集环境仿真数据；所述运动仿真数据包含时间相关数据
、
位置数据；
[0016]利用机器人运动控制算法以及机器人导航算法根据接收到的运动仿真数据和环境仿真数据来建图和避障，得到机器人模型的前进和转向数据；
[0017]利用接收的机器人模型的前进和转向数据，实时控制机器人模型仿真运动，并实时判断是否向云服务器发送移动停止命令，若客户端判断向云服务器发送停止指令，则客户端关闭连接并终止仿真
。
[0018]进一步地，所述运动轨迹规划模块的具体步骤如下：
[0019]取示教的
n
个点，得到
n
个点的笛卡尔空间坐标值；运用
B
样条曲线拟合的方法拟合出经过
n
个示教点机械臂末端运行轨迹的曲线函数；
[0020]运行逆运动学逆解将笛卡尔坐标系下机械臂末端位置点转换成为关节空间的转角；引入时间变量进行轨迹规划，利用
B
样条曲线关节空间轨迹规划方法进行关节空间轨迹规划；
[0021]将各轴
B
样条曲线对时间进行插值，得到插值点的出关节转角；将各关节插值点的转角代入正运动方程求得机械臂末端的位置；
[0022]连接各插补点和示教的初始及终端坐标点，运行
Matlab
仿真，得到机械臂末端实际运行下得轨迹，并与拟合的轨迹进行比较
。
[0023]进一步地，所述数据调用模块用于从数据资源库导入机器人模型和静态物体模型的模型数据
、
机器人运动控制算法以及机器人导航算法；将模型数据转化为指定格式的模型数据结构；并将机器人运动控制算法以及机器人导航算法加载至运动轨迹规划模块
。
[0024]进一步地，所述关系树形结构中以场景为根节点，以当前机器人模型正在执行的仿真训练任务为根节点的子节点，以机器人模型
、
机器人运动控制算法以及机器人导航算法为子节点的叶子节点
。
[0025]进一步地，所述训练日志查询模块的具体工作步骤为：
[0026]当仿真训练任务开始执行时，获取当前正在执行的任务类型
、
任务执行开始时刻
、
任务当前已执行记录数以及任务执行时产生的数据；
[0027]将正在执行的任务类型
、
任务执行开始时刻
、
任务当前已执行记录数以及任务执行时产生的数据记录于日志存储单元，生成仿真训练任务执行日志；所述日志存储单元用于在到达设置周期后，将存储的数据发送至数据资源库；
[0028]若任务类型为
Error
，则进行获取错误类型的任务执行开始时刻
、
任务当前已执行记录数以及任务执行时产生的数据，且在运行日志界面中显示红色；训练日志查询模块发
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种开放式半实物仿真控制系统，其特征在于，包括场景建模模块
、
数据调用模块
、
运动轨迹规划模块
、
仿真模拟模块
、
云服务器
、
运动预警模块
、
训练日志查询模块以及执行评估模块；所述场景建模模块用于使用场景建模工具
Unity
实现仿真环境，以及建立关系树形结构；完成以下仿真功能：机器人外观仿真
、
动力学仿真
、
传感器功能仿真以及环境仿真；所述运动轨迹规划模块用于获取当前机器人模型正在执行的仿真训练任务，基于机器人运动控制算法以及机器人导航算法在关节空间和末端笛卡尔空间采用插补算法，进行加速度
、
速度
、
位置和姿态的插补，形成平滑的运动曲线，并通过逆运动学得到关节空间运动轨迹；所述仿真模拟模块用于加载数据调用模块导入的机器人模型
、
静态物体模型的模型数据，场景建模模块建立的树形结构以及运动轨迹规划模块规划的关节空间运动轨迹在场景中进行仿真运行，监测并记录仿真时产生的当前机器人模型正在执行的仿真训练任务的状态，以及实时产生的机器人模型的运行参数
、
机器人模型各运动节点的运行状态；所述运动预警模块用于获取仿真时仿真模拟模块监测记录的数据，并基于机器人模型的运动约束条件对机器人模型进行运动检测，根据运动检测结果确定机器人模型的异常运动节点进行预警展示；所述训练日志查询模块用于记录与查询仿真训练任务的执行进度情况；所述执行进度情况包括当前正在执行的任务类型
、
任务执行开始时刻
、
任务当前已执行记录数以及任务执行时产生的数据；所述执行评估模块用于对仿真训练任务的执行情况进行统计分析，显示每个已执行任务的累计执行时长
、
累计节约时间和当前状态
。2.
根据权利要求1所述的一种开放式半实物仿真控制系统，其特征在于，所述仿真模拟模块进行仿真运行的具体步骤如下：根据场景建模模块搭建的仿真环境，控制机器人模型执行运动仿真，并控制机器人模型仿真的运动速度；通过传感器功能仿真采集运动仿真数据，通过环境仿真采集环境仿真数据；所述运动仿真数据包含时间相关数据
、
位置数据；利用机器人运动控制算法以及机器人导航算法根据接收到的运动仿真数据和环境仿真数据来建图和避障，得到机器人模型的前进和转向数据；利用接收的机器人模型的前进和转向数据，实时控制机器人模型仿真运动，并实时判断是否向云服务器发送移动停止命令，若客户端判断向云服务器发送停止指令，则客户端关闭连接并终止仿真
。3.
根据权利要求1所述的一种开放式半实物仿真控制系统，其特征在于，所述运动轨迹规划模块的具体步骤如下：取示教的
n
个点，得到
n
个点的笛...

【专利技术属性】
技术研发人员：何士举，张先才，
申请(专利权)人：合肥中科深谷科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：