【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种驾驶机器人硬件在环试验平台，特别涉及一种基于实时仿真器的驾驶机器人硬件在环试验系统及方法。
技术介绍
1、随着汽车行业和自动驾驶技术的发展，汽车的动力学性能和安全性能得到越来越多的人关注，这就需要车辆在出厂之前得到更多的测试。驾驶机器人的出现解决了人类驾驶员测试存在的低安全性、高重复性等问题，它被广泛应用于汽车道路测试以及汽车辅助系统的测试当中，这就需要开发驾驶机器人-车辆的混合控制算法，驾驶机器人需要能够根据相应的测试工况完成准确的车速跟踪控制和转向控制，即协调控制。目前尚没有驾驶机器人硬件在环试验平台，在开发算法的过程中，无法验证控制算法的有效性、稳定性以及精确性，如果直接进行真实道路试验不能保证测试的安全性，所以亟需建立一套硬件在环仿真系统，来提高后期实车道路试验的成功率。
技术实现思路
1、本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种基于实时仿真器的驾驶机器人硬件在环试验系统及方法。
2、本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：
3、一种基于实时仿真器的驾驶机器人硬件在环试验系统，包括：上位机、驾驶模拟器、驾驶机器人、机器人运动控制系统及用于实现驾驶机器人硬件在环仿真的实时仿真器；上位机、实时仿真器、机器人运动控制系统、驾驶机器人及驾驶模拟器依次相连形成一个闭环系统；上位机内设有关联驾驶模拟器的驾驶场景、驾驶路径及车辆动力学模型，以及对应实时仿真器的实时仿真软件平台；驾驶模拟器包括模拟驾驶操作机构及数据采集
4、进一步地，驾驶模拟器包括模拟方向盘、模拟油门、模拟刹车；数据采集系统包括操作传感器及数据采集卡；操作传感器用于检测模拟方向盘、模拟油门及模拟刹车的状态；数据采集卡用于采集操作传感器的检测数据。
5、进一步地，驾驶机器人包括转向机器人和踏板机器人；转向机器人用于控制模拟方向盘的转动；踏板机器人用于控制模拟油门和模拟刹车的运动。
6、进一步地，转向机器人包括转向伺服电机、传动齿轮和方向盘卡盘，方向盘卡盘设有环形内齿轮；转向伺服电机输出轴与传动齿轮固接；传动齿轮与环形内齿轮啮合；方向盘卡盘与模拟方向盘固接。
7、进一步地，踏板机器人包括控制油门的油门机械腿及控制刹车的刹车机械腿，油门机械腿及刹车机械腿，两者由各自的伺服电机驱动来模拟人腿及足部的运动。
8、进一步地，油门机械腿及刹车机械腿的结构相同，两者均包括依次铰接的第一连杆、第二连杆及脚踏板；第一连杆的一端与伺服电机输出轴连接，另一端与第二连杆铰接；油门机械腿的脚踏板与模拟油门连接并夹紧；刹车机械腿的脚踏板与模拟刹车连接并夹紧。
9、本专利技术还提供了一种基于实时仿真器的驾驶机器人硬件在环试验方法，该方法设置：上位机、驾驶模拟器、驾驶机器人、机器人运动控制系统及用于实现驾驶机器人硬件在环仿真的实时仿真器；使上位机、实时仿真器、机器人运动控制系统、驾驶机器人及驾驶模拟器依次相连形成一个闭环系统；在上位机内设置关联驾驶模拟器的驾驶场景、驾驶路径及车辆动力学模型，以及对应实时仿真器的实时仿真软件平台；驾驶模拟器设置模拟驾驶操作机构及数据采集系统；由数据采集系统采集模拟驾驶操作机构状态数据并将采集的数据发送至车辆动力学模型；使车辆动力学模型基于模拟驾驶操作机构状态数据生成车辆状态数据；使上位机输出车辆状态数据、驾驶场景及驾驶路径至实时仿真器；将实时仿真器作为控制器，将设定的驾驶路径作为控制器的参考输入信号，将车辆状态数据及驾驶场景作为控制器的反馈输入信号，使实时仿真器生成驾驶控制信号并发送至机器人运动控制系统，使机器人运动控制系统基于驾驶控制信号驱动驾驶机器人的执行元件，实现对模拟驾驶操作机构的操作。
10、进一步地，实时仿真器采用opal-rt系列实时仿真器，在上位机安装rt-lab实时仿真软件平台来对应opal-rt系列实时仿真器；在上位机安装与驾驶模拟器关联的自动驾驶仿真系统，使自动驾驶仿真系统生成车辆动力学模型及驾驶场景，并进一步生成车辆状态数据；使rt-lab实时仿真软件平台，对机器人控制程序进行编译并下载至实时仿真器；对实时仿真器的输入输出端口进行配置；并与实时仿真器相互实时传输数据；在上位机内安装simulink可视化仿真系统；使自动驾驶仿真系统与实时仿真器及rt-lab实时仿真软件平台通过simulink可视化仿真系统相互通信。
11、进一步地，驾驶模拟器采用罗技g29系列，自动驾驶仿真系统采用carsim自动驾驶仿真系统；通过carsim自动驾驶仿真系统建立车辆动力学模型及驾驶场景；通过simulink可视化仿真系统构建控制界面及显示界面，控制界面用于键入控制指令及控制参数；显示界面用于可视化显示车辆动力学模型、驾驶场景、驾驶路径；控制界面及显示界面均与carsim自动驾驶仿真系统、rt-lab实时仿真软件平台及实时仿真器相互通信。
12、进一步地，该方法包括如下具体步骤：
13、步骤1、将设定的驾驶路径作为控制器的参考输入信号，将车辆状态数据及驾驶场景作为控制器的反馈输入信号，编制控制算法，通过控制算法得到对应机器人运动控制系统的驾驶控制信号；
14、步骤2、驾驶机器人设置转向机器人和踏板机器人；转向机器人用于控制模拟方向盘的转动；踏板机器人用于控制模拟油门和模拟刹车的运动；将转向机器人与踏板机器人安装在驾驶模拟器上；
15、步骤3、在上位机运行simulink可视化仿真系统，搭建控制界面及显示界面；打开rt-lab实时仿真软件平台，将控制算法编译为实时仿真器可运行的机器人控制程序，并将机器人控制程序下载至实时仿真器，对实时仿真器输入输出端口进行配置；
16、步骤4、在显示界面中搭建实时转向单元，实时转向单元采用simulink软件中3danimation库中的joystick input模块，使carsim自动驾驶仿真系统中方向盘转角实时与驾驶模拟器的模拟方向盘转角相一致；显示界面通过udp协议将车辆状态数据传输至实时仿真器；在控制界面搭建控制开关及电机复位组态按键，通过控制开关组态按键控制实时仿真器运行，通过电机复位组态按键进行重复算法验证；
17、步骤5、使实时仿真器运行，收集实验数据，对控制算法进行验证。
18、本专利技术具有的优点和积极效果是：本专利技术将实时仿真器、机器人运动控制系统、驾驶机器人及驾驶模拟器依次相连形成一个闭环系统。上位机搭建有车辆动力学模型、驾驶场景及与实时仿真器连接的硬件在环试验软件平台；上位机接收来本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于实时仿真器的驾驶机器人硬件在环试验系统，其特征在于，包括：上位机、驾驶模拟器、驾驶机器人、机器人运动控制系统及用于实现驾驶机器人硬件在环仿真的实时仿真器；上位机、实时仿真器、机器人运动控制系统、驾驶机器人及驾驶模拟器依次相连形成一个闭环系统；上位机内设有关联驾驶模拟器的驾驶场景、驾驶路径及车辆动力学模型，以及对应实时仿真器的实时仿真软件平台；驾驶模拟器包括模拟驾驶操作机构及数据采集系统；数据采集系统，其用于采集模拟驾驶操作机构状态数据，其将采集的数据发送至车辆动力学模型；车辆动力学模型基于模拟驾驶操作机构状态数据生成车辆状态数据；上位机输出车辆状态数据、驾驶场景及驾驶路径至实时仿真器；实时仿真器基于车辆状态数据、驾驶场景及驾驶路径，生成驾驶控制信号并发送至机器人运动控制系统，机器人运动控制系统基于驾驶控制信号驱动驾驶机器人的执行元件，实现对模拟驾驶操作机构的操作。
2.根据权利要求1所述的基于实时仿真器的驾驶机器人硬件在环试验系统，其特征在于，驾驶模拟器包括模拟方向盘、模拟油门、模拟刹车；数据采集系统包括操作传感器及数据采集卡；操作传感器用于检测模拟方向盘
3.根据权利要求2所述的基于实时仿真器的驾驶机器人硬件在环试验系统，其特征在于，驾驶机器人包括转向机器人和踏板机器人；转向机器人用于控制模拟方向盘的转动；踏板机器人用于控制模拟油门和模拟刹车的运动。
4.根据权利要求3所述的基于实时仿真器的驾驶机器人硬件在环试验系统，其特征在于，转向机器人包括转向伺服电机、传动齿轮和方向盘卡盘，方向盘卡盘设有环形内齿轮；转向伺服电机输出轴与传动齿轮固接；传动齿轮与环形内齿轮啮合；方向盘卡盘与模拟方向盘固接。
5.根据权利要求3所述的基于实时仿真器的驾驶机器人硬件在环试验系统，其特征在于，踏板机器人包括控制油门的油门机械腿及控制刹车的刹车机械腿，油门机械腿及刹车机械腿，两者由各自的伺服电机驱动来模拟人腿及足部的运动。
6.根据权利要求5所述的基于实时仿真器的驾驶机器人硬件在环试验系统，其特征在于，油门机械腿及刹车机械腿的结构相同，两者均包括依次铰接的第一连杆、第二连杆及脚踏板；第一连杆的一端与伺服电机输出轴连接，另一端与第二连杆铰接；油门机械腿的脚踏板与模拟油门连接并夹紧；刹车机械腿的脚踏板与模拟刹车连接并夹紧。
7.一种基于实时仿真器的驾驶机器人硬件在环试验方法，其特征在于，该方法设置：上位机、驾驶模拟器、驾驶机器人、机器人运动控制系统及用于实现驾驶机器人硬件在环仿真的实时仿真器；使上位机、实时仿真器、机器人运动控制系统、驾驶机器人及驾驶模拟器依次相连形成一个闭环系统；在上位机内设置关联驾驶模拟器的驾驶场景、驾驶路径及车辆动力学模型，以及对应实时仿真器的实时仿真软件平台；驾驶模拟器设置模拟驾驶操作机构及数据采集系统；由数据采集系统采集模拟驾驶操作机构状态数据并将采集的数据发送至车辆动力学模型；使车辆动力学模型基于模拟驾驶操作机构状态数据生成车辆状态数据；使上位机输出车辆状态数据、驾驶场景及驾驶路径至实时仿真器；将实时仿真器作为控制器，将设定的驾驶路径作为控制器的参考输入信号，将车辆状态数据及驾驶场景作为控制器的反馈输入信号，使实时仿真器生成驾驶控制信号并发送至机器人运动控制系统，使机器人运动控制系统基于驾驶控制信号驱动驾驶机器人的执行元件，实现对模拟驾驶操作机构的操作。
8.根据权利要求7所述的基于实时仿真器的驾驶机器人硬件在环试验方法，其特征在于，实时仿真器采用Opal-RT系列实时仿真器，在上位机安装RT-LAB实时仿真软件平台来对应Opal-RT系列实时仿真器；在上位机安装与驾驶模拟器关联的自动驾驶仿真系统，使自动驾驶仿真系统生成车辆动力学模型及驾驶场景，并进一步生成车辆状态数据；使RT-LAB实时仿真软件平台，对机器人控制程序进行编译并下载至实时仿真器；对实时仿真器的输入输出端口进行配置；并与实时仿真器相互实时传输数据；在上位机内安装simulink可视化仿真系统；使自动驾驶仿真系统与实时仿真器及RT-LAB实时仿真软件平台通过simulink可视化仿真系统相互通信。
9.根据权利要求8所述的基于实时仿真器的驾驶机器人硬件在环试验方法，其特征在于，驾驶模拟器采用罗技G29系列，自动驾驶仿真系统采用Carsim自动驾驶仿真系统；通过Carsim自动驾驶仿真系统建立车辆动力学模型及驾驶场景；通过simulink可视化仿真系统构建控制界面及显示界面，控制界面用于键入控制指令及控制参数；显示界面用于可视化显示车辆动力学模型、驾驶场景、驾驶路径；控制界面及显示界面...
【技术特征摘要】
1.一种基于实时仿真器的驾驶机器人硬件在环试验系统，其特征在于，包括：上位机、驾驶模拟器、驾驶机器人、机器人运动控制系统及用于实现驾驶机器人硬件在环仿真的实时仿真器；上位机、实时仿真器、机器人运动控制系统、驾驶机器人及驾驶模拟器依次相连形成一个闭环系统；上位机内设有关联驾驶模拟器的驾驶场景、驾驶路径及车辆动力学模型，以及对应实时仿真器的实时仿真软件平台；驾驶模拟器包括模拟驾驶操作机构及数据采集系统；数据采集系统，其用于采集模拟驾驶操作机构状态数据，其将采集的数据发送至车辆动力学模型；车辆动力学模型基于模拟驾驶操作机构状态数据生成车辆状态数据；上位机输出车辆状态数据、驾驶场景及驾驶路径至实时仿真器；实时仿真器基于车辆状态数据、驾驶场景及驾驶路径，生成驾驶控制信号并发送至机器人运动控制系统，机器人运动控制系统基于驾驶控制信号驱动驾驶机器人的执行元件，实现对模拟驾驶操作机构的操作。
2.根据权利要求1所述的基于实时仿真器的驾驶机器人硬件在环试验系统，其特征在于，驾驶模拟器包括模拟方向盘、模拟油门、模拟刹车；数据采集系统包括操作传感器及数据采集卡；操作传感器用于检测模拟方向盘、模拟油门及模拟刹车的状态；数据采集卡用于采集操作传感器的检测数据。
3.根据权利要求2所述的基于实时仿真器的驾驶机器人硬件在环试验系统，其特征在于，驾驶机器人包括转向机器人和踏板机器人；转向机器人用于控制模拟方向盘的转动；踏板机器人用于控制模拟油门和模拟刹车的运动。
4.根据权利要求3所述的基于实时仿真器的驾驶机器人硬件在环试验系统，其特征在于，转向机器人包括转向伺服电机、传动齿轮和方向盘卡盘，方向盘卡盘设有环形内齿轮；转向伺服电机输出轴与传动齿轮固接；传动齿轮与环形内齿轮啮合；方向盘卡盘与模拟方向盘固接。
5.根据权利要求3所述的基于实时仿真器的驾驶机器人硬件在环试验系统，其特征在于，踏板机器人包括控制油门的油门机械腿及控制刹车的刹车机械腿，油门机械腿及刹车机械腿，两者由各自的伺服电机驱动来模拟人腿及足部的运动。
6.根据权利要求5所述的基于实时仿真器的驾驶机器人硬件在环试验系统，其特征在于，油门机械腿及刹车机械腿的结构相同，两者均包括依次铰接的第一连杆、第二连杆及脚踏板；第一连杆的一端与伺服电机输出轴连接，另一端与第二连杆铰接；油门机械腿的脚踏板与模拟油门连接并夹紧；刹车机械腿的脚踏板与模拟刹车连接并夹紧。
7.一种基于实时...
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