[發明專利]用于服務機器人操作演示與算法驗證的三維仿真平臺

有效

• 申請號: 201710942623.4
• 申請日: 2017-10-11
• 公開（公告）號: CN107671857B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 王景川;陳衛東;王怡文
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

1.一種用于服務機器人操作演示與算法驗證的三維仿真平臺，其特征在于，包括服務機器人三維仿真模型、三維居家仿真環境以及軟硬件接口；其中：

所述服務機器人三維仿真模型：模擬真實服務機器人，執行在重力、運動慣性以及摩擦力下的相應動作，并在物理引擎作用下自行遵守物理定律；

所述三維居家仿真環境：模擬真實環境，并利用環境物體的真實比例和物理參數搭建環境中的物體；

所述軟硬件接口：實現對服務機器人三維仿真模型在三維居家仿真環境中的操作以及與真實服務機器人的連接；

所述服務機器人三維仿真模型針對真實服務機器人進行三維建模，包括：運動關聯模塊、運動控制模塊和碰撞檢測模塊；其中：

所述運動關聯模塊以環節a和關節a為基本單位，描述真實服務機器人的各組成部分及其相互關聯關系；其中，所述環節a包括描述真實服務機器人組成部分的外觀信息、碰撞信息以及運動學信息，所述關節a包括描述真實服務機器人組成參數的阻尼、摩擦系數以及極限狀態；

所述運動控制模塊確保服務機器人三維仿真模型以確定狀態運動，同時完成復合姿態運動，包括移動平臺控制單元、關節控制單元、外部傳感器控制單元、導航避障單元以及基于環境設計的其他基本動作控制單元；其中，所述移動平臺控制單元將用戶通過軟硬件接口輸入的運動指令，解析為服務機器人三維仿真模型執行運動時所需要的線速度和角速度；所述關節控制單元對服務機器人三維仿真模型的關節與位置和速度之間建立閉環，并通過PID控制器進行反饋調節；所述外部傳感器控制單元選擇服務機器人三維仿真模型上的機載傳感器種類，設置傳感器參數，完成服務機器人三維仿真模型對外部環境的感知；所述導航避障單元載入外部傳感器控制單元獲得的環境信息，據此建立地圖，并實時更新，規劃服務機器人三維仿真模型在該地圖下的運動路徑，避免服務機器人三維仿真模型與所觀測到的環境中的物體發生碰撞；所述其他基本動作包括如下任意一項或任意多項動作：開門關門、抓取物體、放置物體、端水遞藥、自動巡邏；

所述碰撞檢測模塊確保服務機器人三維仿真模型在運動過程中自身各部分不發生碰撞，包括碰撞檢測形狀以及形狀操作單元，所述碰撞檢測形狀采用任意一種或任意多種類型的包圍體，所述形狀操作單元對需要進行碰撞檢測的物體依次求出上述碰撞檢測形狀的最小包圍體，并利用需要進行碰撞檢測的物體上各點與最小包圍體之間的距離，選擇各點距離求和最小的最小包圍體作為物體的碰撞檢測模型。

2.根據權利要求1所述的用于服務機器人操作演示與算法驗證的三維仿真平臺，其特征在于，所述外觀信息是指利用計算機輔助設計軟件構建真實服務機器人的視覺模型或利用服務機器人三維仿真平臺內部函數構建幾何形狀模型；所述碰撞信息是指物體最小包圍體種類、幾何信息以及在環境中的位姿；所述運動學信息是指物體本身的幾何信息和在環境中的位姿；所述極限狀態是指真實服務機器人在真實環境中，各個關節的電機所能到達的極限位置。

3.根據權利要求2所述的用于服務機器人操作演示與算法驗證的三維仿真平臺，其特征在于，所述計算機輔助設計軟件包括Autodesk；所述服務機器人三維仿真平臺內部函數包括任務規劃器函數、待抓取物體抓取姿態生成器函數、激光點云地圖創建函數、運動指令解析函數和/或關節控制函數。