[發(fā)明專利]一種用于機器人的仿真方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410185300.1
• 申請日: 2014-05-04
• 公開（公告）號: CN103926847B
• 公開（公告）日: 2017-03-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 姚庭;劉會英;林建林;鞏相峰;銀雙貴
• 申請（專利權(quán)）人: 威海新北洋正棋機器人股份有限公司
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 北京商專永信知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11400
• 代理人: 葛強,鄔玥

1.一種機器人仿真系統(tǒng)，其包括機器人控制器，所述機器人控制器內(nèi)部能夠加載針對機器人的仿真程序，在該機器人控制器內(nèi)設(shè)置有真實機器人控制單元、輔助用的真實應(yīng)用程序控制單元、數(shù)字機器人模型單元、通用分析平臺接口、半物理模型狀態(tài)寄存器以及遠程進程控制接口，該仿真系統(tǒng)還包括獨立的通用計算機平臺，在通用計算機平臺內(nèi)設(shè)置有仿真監(jiān)控界面，同時將仿真監(jiān)控軟件安裝在通用計算機平臺上，其特征在于：該仿真系統(tǒng)還包括外部設(shè)備，其與機器人控制器相連接，外部設(shè)備用于進行半物理硬件在環(huán)仿真。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機器人仿真系統(tǒng)，其特征在于：數(shù)字機器人模型單元能夠測量計算得到機器人系統(tǒng)中的力及扭矩狀態(tài)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的機器人仿真系統(tǒng)，其特征在于：機器人控制器是通過其內(nèi)部的遠程進程控制接口來與通用計算機平臺進行通信的，這樣能夠使得安裝在通用計算機平臺上的仿真軟件可以獲得進入機器人控制器中數(shù)字機器人模型單元及半物理模型狀態(tài)寄存器進行讀取的權(quán)利，從而獲得所有機器人模型相關(guān)參數(shù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的機器人仿真系統(tǒng)，其特征在于：所述外部設(shè)備包括減速器、伺服電機和編碼器。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的機器人仿真系統(tǒng)，其特征在于：該機器人仿真系統(tǒng)還設(shè)有時鐘、定時器和采樣計算單元，其中，通過仿真系統(tǒng)提供的時鐘和定時器從而實現(xiàn)對程序真實運行時間的控制，使得數(shù)字模型與外部事件之間的同步性能可以達到物理系統(tǒng)應(yīng)用級別的要求。

6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的機器人仿真系統(tǒng)，其特征在于：所述仿真系統(tǒng)能夠進行機器人運動仿真，具體是在機器人控制器內(nèi)部單獨進行仿真或者通過與機器人控制器進行通信的通用計算機平臺進行仿真。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的機器人仿真系統(tǒng)，其特征在于：上述仿真包括兩個層面的仿真，一種為純軟件層面的軟件仿真，第二種是包含半物理模型的硬件在環(huán)仿真。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的機器人仿真系統(tǒng)，其特征在于：上述軟件仿真通過仿真系統(tǒng)中機器人控制器內(nèi)部的數(shù)字機器人模型單元進行軟件仿真，其中數(shù)字機器人模型單元是與真實機器人具有相同幾何參數(shù)的數(shù)字對象，所述仿真的軟件前端為三維圖形交互式界面。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的機器人仿真系統(tǒng)，其特征在于：半物理硬件在環(huán)仿真通過數(shù)字機器人模型單元結(jié)合包含在仿真系統(tǒng)中的真實機器人上的外部設(shè)備而進行，從而最大化地模擬得到機器人運行過程中的動態(tài)參數(shù)，分析機器人的運動性能及極限。

10.一種采用權(quán)利要求1-9中任一項所述的機器人仿真系統(tǒng)的仿真方法，具體步驟如下：

仿真過程從開始步驟S1啟動，首先進入步驟S2進行軌跡數(shù)據(jù)導(dǎo)入處理，導(dǎo)入到軌跡數(shù)據(jù)可以分為三種類型,一種是導(dǎo)入三維設(shè)計或仿真軟件中的機器人軌跡數(shù)據(jù)，第二種是通過機器人示教器示教的軌跡數(shù)據(jù)，第三種是通過解析機器人語言程序獲得的軌跡數(shù)據(jù)；然后進入步驟S3即需要確定是否進行軟件仿真，如果選擇“是”則進入到步驟S4；在步驟S4處要對所獲得的軌跡數(shù)據(jù)進行軌跡二次處理操作，這種處理操作能夠使數(shù)據(jù)在速度域和加速度域上更加平滑化，以使得處理后的數(shù)據(jù)在速度域和加速度域上是平滑的，也就是在機器人關(guān)節(jié)空間中，這兩個域上的值是連續(xù)的，從而可以使得機器人的驅(qū)動部件只需提供連續(xù)變化的扭矩及速度，避免引起不必要的機械振動；二次處理操作完畢后，進入到步驟S5進行軟件仿真，步驟S5完成后，便已經(jīng)完成了對輸入數(shù)據(jù)的校驗，同時也對機器人的運行過程中的各種狀態(tài)有了先驗知識；然后進入步驟S6選擇是否進行半物理模型硬件在環(huán)仿真，如果選擇“是”，則跳轉(zhuǎn)到S8進行半物理模型硬件在環(huán)仿真，此時經(jīng)過二次處理后的數(shù)據(jù)直接傳遞給半物理硬件在環(huán)仿真直接使用，這樣就可以大大節(jié)省仿真所消耗的時間，同時也可以在次過程中過濾出不適合于物理模型的輸入數(shù)據(jù)，防止由極端輸入指令引起的物理系統(tǒng)的損壞，如果在步驟S6中選擇“否”則進入步驟S10結(jié)束本次仿真任務(wù)；此外，如果在步驟S3中選擇“否”，即不首先進行軟件仿真，則跳轉(zhuǎn)到步驟S7首先對軌跡數(shù)據(jù)進行二次處理操作，然后直接進入步驟S8進行半物理模型硬件在環(huán)仿真，步驟S8結(jié)束后進入到步驟S9,在步驟S9中需要在得到有效結(jié)果后判斷是否要進行軟件仿真，如果選擇“是”則跳轉(zhuǎn)到步驟S5處進行軟件仿真，如果選擇否，則進入步驟S10直接結(jié)束本次仿真任務(wù)。