[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

本發明公開了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，包括服務機器人仿真模型、三維居家仿真環境以及軟硬件接口。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和三維居家仿真環境的操作以及與真實服務機器人的連接。本發明通過計算機仿真技術優化了傳統服務機器人的開發流程，開發周期，使研發人員能夠通過三維仿真環境的再現演示，更加全面測試算法，進而提高研發效率。

技術領域

本發明涉及機器人系統仿真技術領域，尤其是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。

背景技術

隨著機器人學的發展與社會老齡化加劇，服務機器人技術得到了國內外學者的廣泛關注，且呈現出規模越來越大、復雜度越來越高的發展態勢。服務機器人本身具有專業性強，人機交互性強等特點，要求服務機器人有足夠的安全性和可靠性，因此在服務機器人設計及應用過程中，常常需要用到機器人仿真平臺，通過仿真平臺來模擬機器人以及應用環境，演示操作以及測試算法，給設計人員直觀的機器人狀態反饋。

在公開號為201410185300.1的專利中，提出了一種機器人仿真系統。此發明提出使用半物理模型的狀態寄存器，數字機器人模型單元，通用分析平臺接口和仿真監控界面，該仿真系統還包括外部設備，其與機器人控制器相連接，用于進行半物理硬件在環仿真。

此發明存在一些不足，沒有提及針對機器人工作環境的建模，也沒有對機器人的運動學和動力學進行精確的建模。事實上，對機器人工作環境的建模是構建機器人仿真系統中很重要的一環，在對機器人運動學和動力學研究的過程中，往往涉及與環境的交互過程，比如對環境中物體進行操作，對環境信息采集等。同時服務機器人在工作過程中會與人直接交互，故仿真平臺只有提供在運動學和動力學層面上都具有參考意義的結果數據時，才會具有應用意義，因此需要對機器人的運動學和動力學進行精確的建模。

總之，針對服務機器人專業性強，人機交互性強等特點，適用于研究服務機器人操作演示和算法研究的仿真平臺需要具備以下特點：精確的環境模型和機器人模型、豐富的傳感器插件、通用的軟硬件接口。

目前沒有發現同本發明類似技術的說明或報道，也尚未收集到國內外類似的資料。

發明內容

本發明為了克服上述不足，提出了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，該平臺更好地優化了傳統服務機器人的開發流程以及開發周期。

為了實現上述目的，本發明是通過下述方案實現的：

一種用于服務機器人操作演示與算法驗證的仿真平臺，包括服務機器人仿真模型、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機器人的連接。

優選地，所述服務機器人三維仿真模型包括：運動關聯模塊、運動控制模塊以及碰撞檢測模塊；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各組成部分以及相互關聯關系，所述環節a中含有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中含有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；