CN110076752A - 仿真六自由度机器人与实体六自由度机器人同步运动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种仿真六自由度机器人与实体六自由度机器人同步运动装置，通过设置构建模块、计算模块和仿真模块，可以仿真机器人的运动，观察相关机器人控制算法的控制效果，通过设置包括若干关节的实体六自由度机器人，数据模块和服务器模块，通过服务器模块将数据模块根据计算模块得出的仿真六自由度机器人各关节偏转角度生成的自定义数据帧发送给机器人控制模块，由机器人控制模块控制实体六自由度机器人的各关节的转动反向和转动速度，实现实体机器人和仿真机器人的同步运动，方便研发人员通过实体机器人的运动状态，实时观察相关算法的控制效果。
Description
技术领域
本发明涉及机器人仿真技术领域，特别是指一种仿真六自由度机器人与实体六自由度机器人同步运动装置。
背景技术
随着虚拟实验技术的成熟，人们开始认识到虚拟仿真实验室在教育领域的应用价值，它除了可以辅助高校的科研工作，在实验教学方面也具有利用率高，易维护等特点。近年来，国内的许多高校都根据自身科研和教学的需求建立了一些虚拟实验室。利用仿真机器人平台，可以开展大量的重复实验，节省人力物力，验证控制算法。但是，仿真机器人并不能完全代替实体机器人。将虚拟环境下仿真机器人与现实实体机器人相连、实时同步完成命令操作的装置却较少，急需被开发研究。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种仿真六自由度机器人与实体六自由度机器人同步运动装置。
基于上述目的本发明提供的仿真六自由度机器人与实体六自由度机器人同步运动装置，包括：
实体六自由度机器人，包括，
若干联动杆；
若干关节，设置在各联动杆的连接处，可通过转动带动联动杆旋转和移动；
机器人控制器模块，与实体六自由度机器人通信连接，可控制实体六自由度机器人的各关节的转动方向和转动速度；
仿真平台，包括，
构建模块，可根据实体六自由度机器人构建仿真六自由度机器人，并确定其关节部位；
计算模块，储存有仿真六自由度机器人的各联动杆关节逆运动学程序，计算其各关节偏转角度；
仿真模块，根据计算模块得出的仿真六自由度机器人各关节偏转角度，仿真仿真六自由度机器人各关节的运行；
数据模块，根据计算模块得出的仿真六自由度机器人各关节偏转角度，生成自定义数据帧；
服务器模块，可将仿真平台生成的自定义数据帧发送给机器人控制模块。
优选地，还包括：
串口转换模块，其一端连接服务器模块，另一端连接实体六自由度机器人，可将服务器模块发送的信号转换为串口通讯信号。
优选地，机器人控制模块包括核心芯片，核心芯片选用STM32F103C8T6微控制器。
优选地，仿真平台基于unity 3D环境。
优选地，仿真平台还包括：
激光扫描模块，激光扫描模块可对实体六自由度机器人的形状进行扫描，获得扫描图像；
测距模块，安装在激光扫描模块一侧，测量其与实体六自由度机器人各部分间的扫描距离；
构建模块根据扫描图像和扫描距离，构建仿真六自由度机器人。
优选地，仿真平台还包括：
旋转台，可承载实体六自由度机器人并带动其旋转，并将自身的旋转速度发送给构建模块。
从上面所述可以看出，本发明提供的仿真六自由度机器人与实体六自由度机器人同步运动装置，通过设置构建模块、计算模块和仿真模块，可以仿真机器人的运动，观察相关机器人控制算法的控制效果，通过设置包括若干关节的实体六自由度机器人，数据模块和服务器模块，通过服务器模块将数据模块根据计算模块得出的仿真六自由度机器人各关节偏转角度生成的自定义数据帧发送给机器人控制模块，由机器人控制模块控制实体六自由度机器人的各关节的转动反向和转动速度，实现实体机器人和仿真机器人的同步运动，方便研发人员通过实体机器人的运动状态，实时观察相关算法的控制效果。
附图说明
图1为本发明实施例的仿真六自由度机器人与实体六自由度机器人同步运动装置模块连接示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
一种仿真六自由度机器人与实体六自由度机器人同步运动装置，包括实体六自由度机器人，实体六自由度机器人包括若干联动杆，各联动杆的连接处设置有关节，可通过转动带动联动杆旋转和移动，六自由度机器人通信连接有机器人控制模块，可控制实体六自由度机器人的各关节的转动方向和转动速度，仿真平台，包括构建模块，可根据实力六自由度机器人构建仿真六自由度机器人，并确定其关节部位，计算模块，储存有仿真六自由度机器人的各联动杆关节逆运动学程序，计算其各关节偏转角度，仿真模块，根据计算模块得出的仿真六自由度机器人各关节偏转角度，仿真仿真六自由度机器人各关节的运行，数据模块根据计算模块得出的仿真六自由度机器人各关节偏转角度，生成自定义数据帧，还包括服务器模块，可将仿真平台生成的自定义数据帧发送给机器人控制模块。
通过设置构建模块、计算模块和仿真模块，可以仿真机器人的运动，观察相关机器人控制算法的控制效果，通过设置包括若干关节的实体六自由度机器人，数据模块和服务器模块，通过服务器模块将数据模块根据计算模块得出的仿真六自由度机器人各关节偏转角度生成的自定义数据帧发送给机器人控制模块，由机器人控制模块控制实体六自由度机器人的各关节的转动反向和转动速度，实现实体机器人和仿真机器人的同步运动，方便研发人员通过实体机器人的运动状态，实时观察相关算法的控制效果。
可选的，本装置还包括串口转换模块，其一端连接服务器模块，另一端连接实体六自由度机器人，可将服务器模块发送的信号转换为串口通讯信号。
可选的，控制模块包括核心芯片，核心芯片选用STM32F103C8T6微控制器。
可选的，仿真平台基于unity 3D环境。
可选的，为了便于对仿真六自由度机器人进行更准确直观地构建，仿真平台还包括激光扫描模块，可对实体六自由度机器人的形状进行扫描，获得扫描图像，激光扫描模块的一侧安装有测距模块，可测量其与实体六自由度机器人各部分间的扫描距离，构建模块根据扫描图像和扫描距离，构建仿真六自由度机器人。
可选的，为了便于激光扫描图像时对实体机器人的各角度进行扫描和建模，仿真平台还包括：
旋转台，可承载实体六自由度机器人并带动其旋转，并将自身的旋转速度发送给构建模块。
在使用本发明公开的仿真六自由度机器人与实体六自由度机器人同步运动装置时，如选用unity 3D环境对机器人进行仿真，首先可通过激光模块和测距模块对实体六自由度机器人进行扫描，在unity环境中构建仿真六自由度机器人，通过计算模块中存储的逆运动学方程，对仿真六自由度机器人的动作进行仿真，之后在unity 3D软件场景开始播放动画按钮处添加一个串口C#脚本，在该脚本下编写unity 3D环境下的仿真六自由度机器人与实体六自由度机器人同步运动的串口通信协议程序，unity 3D环境下，开始播放仿真六自由度机器人仿真动画时，服务器模块借助于串口转换模块向机器人控制模块发送自定义数据帧，该自定义数据帧数据用一个数组来存储。数组第一个元素存放八位的0xff表示开始发送；数组的第二个元素为一个八位的关节偏转角度数据，该数据表示六自由度机器人的第一个关节转动角度数据，该角度数据是根据C#脚本程序中六自由度机器人获取虚拟世界坐标位置后，利用逆运动学方程将坐标数据转化成关节偏转角度数据；数组第三位元素为一个判断上一组元素数据对应的机器人关节偏转正负方向，若获取数据小于0则发送1表示机器人关节往反方向转动，若获取数据大于0则发送0表示机器人关节往正方向转动；数组第四位元素为机器人第二个关节转动角度数据，其后面紧紧跟着的数组元素为第二个机器人关节转动方向，以此类推直到各个关节数据发送完毕，数据发送结束。
机器人控制器模块的串口则等待接收服务器发来的自定义数据帧。由于预先在机器人控制器模块的STM32F103C8T6核心芯片烧录好接收自定义数据帧程序，因此机器人控制器模块能识别服务器发送过来的自定义数据帧，控制着实体六自由度机器人与unity 3D环境下的仿真六自由度机器人同步变化。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本发明难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本发明难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本发明的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本发明的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本发明。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。
尽管已经结合了本发明的具体实施例对本发明进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态RAM(DRAM))可以使用所讨论的实施例。
本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.仿真六自由度机器人与实体六自由度机器人同步运动装置，其特征在于，包括：
实体六自由度机器人，包括，
若干联动杆；
若干关节，设置在所述各联动杆的连接处，可通过转动带动所述联动杆旋转和移动；
机器人控制器模块，与所述实体六自由度机器人通信连接，可控制所述实体六自由度机器人的各关节的转动方向和转动速度；
仿真平台，包括，
构建模块，可根据所述实体六自由度机器人构建仿真六自由度机器人，并确定其关节部位；
计算模块，储存有所述仿真六自由度机器人的各联动杆关节逆运动学程序，计算其各关节偏转角度；
仿真模块，根据所述计算模块得出的仿真六自由度机器人各关节偏转角度，仿真仿真六自由度机器人各关节的运行；
数据模块，根据计算模块得出的仿真六自由度机器人各关节偏转角度，生成自定义数据帧；
服务器模块，可将所述仿真平台生成的自定义数据帧发送给所述机器人控制模块。
2.根据权利要求1所述的仿真六自由度机器人与实体六自由度机器人同步运动装置，其特征在于，还包括：
串口转换模块，其一端连接所述服务器模块，另一端连接所述实体六自由度机器人，可将所述服务器模块发送的信号转换为串口通讯信号。
3.根据权利要求1所述的一种仿真六自由度机器人与实体六自由度机器人同步运动装置，其特征在于：所述机器人控制模块包括核心芯片，所述核心芯片选用STM32F103C8T6微控制器。
4.根据权利要求1所述的一种仿真六自由度机器人与实体六自由度机器人同步运动装置，其特征在于，所述仿真平台基于unity3D环境。
5.根据权利要求1所述的一种仿真六自由度机器人与实体六自由度机器人同步运动装置，其特征在于，所述仿真平台还包括：
激光扫描模块，所述激光扫描模块可对实体六自由度机器人的形状进行扫描，获得扫描图像；
测距模块，安装在所述激光扫描模块一侧，测量其与实体六自由度机器人各部分间的扫描距离；
所述构建模块根据扫描图像和扫描距离，构建仿真六自由度机器人。
6.根据权利要求5所述的一种仿真六自由度机器人与实体六自由度机器人同步运动装置，其特征在于，所述仿真平台还包括：
旋转台，可承载所述实体六自由度机器人并带动其旋转，并将自身的旋转速度发送给所述构建模块。
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