[發明專利]一種基于Unity3D的實時可視化無人自行車仿真系統及方法

在審

• 申請號: 201910722350.1
• 申請日: 2019-08-06
• 公開（公告）號: CN110456661A
• 公開（公告）日: 2019-11-15
• 發明（設計）人: 李韶杰;紀洲;楊鑫澤;胡強;李艷;徐朝暉
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 61215 西安智大知識產權代理事務所
• 代理人: 王晶<國際申請>=<國際公布>=<進入國

一種基于Unity3D的實時可視化無人自行車仿真系統及方法，通過控制指令給定模塊輸入相關控制指令信號；行駛仿真模塊接收到控制指令給定模塊發送的相關控制指令信號后，通過無人自行車行駛模型，行駛仿真模塊接收到控制指令給定模塊發送的相關控制指令信號后，通過無人自行車行駛模型，對無人自行車的行駛過程進行實時仿真運算，得到無人自行車連續的行駛狀態信息，并輸出給數據發送模塊；數據發送模塊將無人自行車行駛狀態信息通過串行通信方式上傳給上位機的數據接收模塊；數據接收模塊接收到下位機的數據發送模塊上傳的行駛狀態信息后，將其信息導入Unity3D平臺中，本發明更加方便、直觀地驗證無人自行車行駛模型與控制算法的準確性。

技術領域

本發明涉及無人自行車技術領域，特別涉及一種基于Unity3D的實時可視化無人自行車仿真系統及方法。

背景技術

無人自行車作為一個多體結構，對它的研究不僅在理論上具有重大的意義，還具有很高的實用價值。無人自行車控制是一個典型的控制平衡問題，在控制過程中能夠反應控制理論中的很多關鍵問題，比如說鎮定問題、非線性問題、魯棒性問題以及跟蹤問題等，其結構和動力學特性比較復雜，控制難度大，是研究變結構控制、非線性控制、智能控制等控制方法理想的實驗平臺。

人們對無人自行車控制問題的研究過程可以分為對象建模、控制器設計與仿真、硬件設計、軟件編程和集成調試。對象建模和控制器設計與仿真是人們通過無人自行車的機械結構、執行機構等參數，建立無人自行車的運動學和動力學模型，再針對上述模型設計控制算法，然后通過仿真軟件進行仿真驗證。目前，大多數仿真過程是在計算機平臺中完成的，然而實際過程中對無人自行車的控制是通過嵌入式平臺實現的。考慮到仿真的時效性取決于模型建立方式、計算方法以及控制器的運算能力，并且在無人自行車集成調試的時候，若出現故障，就可能需要重新對模型進行分析，將模型數據移植到無人自行車嵌入式平臺中進行再次調試，耗時耗力，大大降低了調試效率，增加了研制成本。所以，急需在無人自行車控制問題的研究過程中增加一種更加方便、直觀的仿真調試方式，彌補傳統研究過程的不足。

發明內容

為了解決以上技術問題，本發明的目的在于提供一種基于Unity3D的實時可視化無人自行車仿真系統及方法，更加方便、直觀地驗證無人自行車行駛模型與控制算法的準確性、硬件平臺與軟件程序對控制信號的響應效率以及軟件與硬件的兼容性。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種基于Unity3D的實時可視化無人自行車仿真系統，包括控制指令給定模塊、下位機和上位機；

控制指令給定模塊，用于向下位機發出無人自行車相關控制指令信號，控制指令給定模塊定義為下位機的外擴模塊，根據不同的控制方式外接為不同的控制模塊；

所述下位機包括(無人自行車)行駛仿真模塊和數據發送模塊；

行駛仿真模塊用于采集無人自行車行駛過程的控制指令信號和進行行駛狀態的實時仿真運算，以得到無人自行車連續的空間位置與姿態信息，所述的行駛仿真模塊使用嵌入式微控制器平臺建立行駛模型，其預置了合適的數值計算方法，通過給定控制信號和控制算法，最終輸出無人自行車的行駛狀態信息(空間位置與姿態)，其中，系統使用的行駛模型和控制算法都是開源的，用戶可以根據自己的需要植入自己設計的行駛模型和控制算法，同時嵌入式微控制器平臺中也內置有行駛模型和控制算法；

所述嵌入式微控制器可選擇TM32F103系列控制器，優選為STM32F103R8T6芯片作為下位機的嵌入式硬件平臺。

所述數值計算方法優選為插值計算方法，通過已知數據，從相應插值表中提取數據，計算當前的電機轉速、舵機轉角和車體傾角。

所述行駛模型采用二階動力學模型；