CN111367579B - 一种基于v-rep插件的处理器在环仿真方法 - Google Patents

一种基于v-rep插件的处理器在环仿真方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种V‑REP插件以及基于V‑REP插件的仿真方法，包括目标代码生成和编译模块、硬件接口驱动模块；所述目标代码生成和编译模块功能包括：目标编译语言设定模块、目标代码生成模块、硬件型号设定模块、编译器类型设定模块、采样步长设定模块、程序下载模块、使能处理器模块和程序编译按钮模块。本发明通过绑定场景模型的脚本，集成了脚本定制仿真的灵活性，允许定制特定的仿真和场景模型；插件具备硬件设备的特殊接口和与外界通信的接口，既利用了外部处理器的快速计算能力。

Description

一种基于V-REP插件的处理器在环仿真方法
技术领域
本发明涉及仿真技术领域，尤其涉及一种V-REP插件以及基于V-REP 插件的处理器在环仿真方法。
背景技术
随着智能制造的发展，通过仿真技术取代样机制造已成为产品更新迭代的一种有效的技术手段，而实时性和高保真则是仿真驱动设计模式成功的关键；仿真，即使用项目模型将特定于某一具体层次的不确定性转化为其对目标的影响，该影响是在项目仿真项目整体的层次上表示的。
在仿真领域中，V-REP(virtual robot experimentation platform，虚拟机器人实验平台)是一种基于分布式控制体系架构的开放免费的机器人动力学仿真平台，用于快速算法开发、工厂自动化仿真、快速原型设计和验证，尤其在机器人相关的教育、远程监控、安全性双重检查的仿真运作中，V-REP 起到着非常重要的作用。
目前基于V-REP的仿真模型设计、通信及算法验证方案多使用纯软件的交互式仿真方案，即V-REP仿真代码运行在计算机操作系统上，这不能保证相同代码到目标处理器上的运行结果也能和仿真模型保持一致，导致灵活性较差。
如专利号CN107274777B公开了一种基于V-REP软件的虚拟示教器，应用人机交互界面及三维鼠标进行软件层面的虚拟示教，处理器代码仍在虚拟主机上运行；所以进行仿真时候灵活性依旧较差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种V-REP插件以及基于V-REP 插件的处理器在环仿真方法，已解决基于V-REP的仿真模型设计中相同代码到目标处理器上的运行结果和仿真模型不能保持一致时，灵活性较差的问题。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
一种V-REP插件，包括目标代码生成和编译模块、硬件接口驱动模块；
所述目标代码生成和编译模块功能包括：目标编译语言设定模块、目标代码生成模块、硬件型号设定模块、编译器类型设定模块、采样步长设定模块、程序下载模块、使能处理器模块和程序编译按钮模块；
所述目标编译语言设定模块用于设定目标编译语言；
所述目标代码生成模块用于生成目标代码；
所述硬件型号设定模块用于设定处理器型号；
所述编译器类型设定模块用于设定编译器类型；
所述采样步长设定模块用于设定采样步长；
所述程序下载模块用于下载程序；
所述使能处理器模块用于输入一个“允许”信号，使嵌入式脚本将被置为“Disabled”；
所述程序编译按钮模块用于执行目标代码编译功能，实现程序编译。
所述硬件接口驱动模块用于与外界设备通信连接。
V-REP插件具有对脚本语言转换功能，方便用户脚本编写仿真算法，集成了脚本定制仿真的灵活性，而且能够允许定制特定的仿真和场景模型；从而克服了V-REP的仿真模型设计中相同代码到目标处理器上的运行结果和仿真模型无法保持一致时，灵活性较差的问题。
作为本发明进一步的方案：所述硬件接口驱动模块具备硬件设备的特殊接口和与外界通信的接口。
作为本发明进一步的方案：所述V-REP插件的编写方法为：将Qt Creator工程项目编译为共享库插件，并将共享库插件置于V-REP软件安装目录下，得到V-REP插件。
作为本发明进一步的方案：所述共享库插件置于V-REP软件安装目录下的V-REP3\V-REP_PRO_EDU文件夹内。
一种基于所述V-REP插件的处理器在环仿真方法，包括以下步骤：
S1、在装有V-PER软件的计算机上建立Qt Creator(Qt创建者)工程项目，基于Qt编写V-REP插件；
S2、启动V-REP软件，绑定场景模型的脚本并运行仿真；
S3、确认处理器板卡驱动连接正确，打开处理器板卡电源；
S4、打开V-REP插件进行编译；实现对场景对象运行仿真控制。
通过绑定场景模型的脚本，集成了脚本定制仿真的灵活性，允许定制特定的仿真和场景模型；插件具备硬件设备的特殊接口和与外界通信的接口，既利用了外部处理器的快速计算能力；插件具备硬件设备的特殊接口和与外界通信的接口，既利用了外部处理器的快速计算能力，又可快速验证处理器算法和模型是否一致，此外，还可以获得处理器算法在实际控制器上的最长运行时间。
作为本发明进一步的方案：所述编写V-REP插件包括编写V-REP插件的方法为：将Qt Creator工程项目编译为共享库插件(Windows系统下为 dll类型，Dynamic LinkLibrary，动态链接库)，并将共享库插件置于V-REP 软件安装目录下，得到V-REP插件，且所述V-REP插件具有与用于编译 V-REP完全相同的Qt版本。
作为本发明进一步的方案：所述共享库插件置于V-REP软件安装目录下的V-REP3\V-REP_PRO_EDU文件夹内。
作为本发明进一步的方案：所述步骤S2包括，V-REP软件(主客户端应用程序)自动加载所述V-REP插件到Plugins(插件)菜单下，或可通过 simLoadModule/simUnloadModule动态加载到Plugins菜单下，然后在所述 V-REP软件中建立或导入场景模型，场景模型中添加机器人模型，在机器人模型的模型树下绑定场景模型的嵌入式脚本，最后运行仿真，仿真无误后执行步骤S3。
作为本发明进一步的方案：所述步骤S3包括；确认处理器板卡驱动连接正确，打开处理器板卡电源；
使用USB数据线连接处理器板卡与计算机的主机USB端口，通过主机设备管理器确认处理器板卡的驱动是否正确连接，如果是的话，则打开处理器板卡电源，如果否的话，重新连接处理器板卡，直至连接正确。
作为本发明进一步的方案：所述步骤S4包括；
S41、打开所述V-REP插件，弹出V-REP插件对话框，V-REP插件自动关联场景模型的嵌入式脚本；在V-REP插件上选择目标语言模块，同时自动代码生成模块工作，生成代码并将代码自动转换为与处理器板卡上的处理器编译环境相适应的代码程序；V-REP插件自动识别计算机中已安装的编译器类型并识别处理器板卡的处理器型号，再对编译器类型、处理器型号和采样步长进行设定后，V-REP插件开始目标代码编译；编译无误后 V-REP插件运行下载得到的目标二进制文件代码，目标二进制文件代码沿 USB数据线下载到处理器板卡中；
自动代码生成功能包括主脚本和LUA(脚本语言)子脚本代码。
S42、在插件中选中“使能处理器”，嵌入式脚本将被置为“Disabled” (不可用)，接着运行V-REP软件运行仿真，处理器将与V-REP软件通过 USB数据线进行处理器数据交互，处理器硬件将取代嵌入式脚本对场景对象运行仿真控制。
本发明的优点在于：
1、本发明中，V-REP插件具有对脚本语言转换功能，方便用户脚本编写仿真算法，集成了脚本定制仿真的灵活性，而且能够允许定制特定的仿真和场景模型；从而克服了V-REP的仿真模型设计中相同代码到目标处理器上的运行结果和仿真模型无法保持一致时，灵活性较差的问题。
2、本发明中，V-REP插件具备硬件设备的特殊接口和与外界通信的接口，既利用了外部处理器的快速计算能力，又可快速验证处理器算法和模型是否一致，此外，还可以获得处理器算法在实际控制器上的最长运行时间。
3、本发明不同于远程API与ROS接口两种传统方式，V-REP插件集成了自动代码生成、编译、下载和处理器数据通信等功能，不需要通过第三方软件即可实现V-REP软件代码到处理器可执行代码的转换，操作简便，减少了回调次数，降低了软件间通信延迟，可用于快速验证处理器算法的真实运行情况；自定义插件是跨平台的，可方便移植到各种V-REP版本。
附图说明
图1为本发明中V-REP插件的方框示意图。
图2为本发明中实施例2的流程方框示意图。
图3为本发明实施例的仿真框架图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
图1为本发明中V-REP插件的方框示意图；如图1；一种V-REP插件，包括目标代码生成和编译模块、硬件接口驱动模块，其中，
所述目标代码生成和编译模块功能包括：目标编译语言设定模块、目标代码生成模块、硬件型号设定模块、编译器类型设定模块、采样步长设定模块、程序下载模块、使能处理器模块和程序编译按钮模块；
所述目标编译语言设定模块用于设定目标编译语言；
所述目标代码生成模块用于生成目标代码；
所述硬件型号设定模块用于设定处理器型号；
所述编译器类型设定模块用于设定编译器类型；
所述采样步长设定模块用于设定采样步长，本实施例中默认步长优选为0.01s；
所述程序下载模块用于下载程序；
所述使能处理器模块用于输入一个“允许”信号，使嵌入式脚本将被置为“Disabled”；
所述程序编译按钮模块用于执行目标代码编译功能，实现程序编译。
所述硬件接口驱动模块具备硬件设备的特殊接口和与外界通信的接口，所述硬件接口驱动模块用于与外界设备通信连接。
编写V-REP插件的方法为：将Qt Creator工程项目编译为共享库插件 (Windows系统下为dll类型，dll为Dynamic Link Library，动态链接库)，并将共享库插件置于V-REP软件安装目录下，得到V-REP插件，且所述 V-REP插件具有与用于编译V-REP完全相同的Qt版本。
优选的，本实施例中，所述共享库插件置于V-REP软件安装目录下的 V-REP3\V-REP_PRO_EDU文件夹内；
其中，V-REP_PRO_EDU为机器人仿真平台。
实施例2
如图2、图3，图2为本发明中实施例2的流程方框示意图；图3为本发明实施例的仿真框架图一种基于所述V-REP插件的处理器在环仿真方法，包括以下步骤：
S1、在装有V-PER软件的计算机上建立Qt Creator(Qt创建者)工程项目，基于Qt编写实施例1所述的V-REP插件。
优选的，本实施例中，所述共享库插件置于V-REP软件安装目录下的 V-REP3\V-REP_PRO_EDU文件夹内；
其中，V-REP_PRO_EDU为机器人仿真平台；
S2、启动V-REP软件，绑定场景模型的脚本并运行仿真；
V-REP软件(为主客户端应用程序)自动加载所述V-REP插件到Plugins (插件)菜单下，或可通过simLoadModule/simUnloadModule动态加载到 Plugins菜单下，然后在所述V-REP软件中建立或导入场景模型，场景模型中添加机器人模型，在机器人模型的模型树下绑定场景模型的嵌入式脚本，最后运行仿真，仿真无误后执行步骤S3；
S3、确认处理器板卡驱动连接正确，打开处理器板卡电源；
使用USB数据线连接处理器板卡与计算机的主机USB端口，通过计算机的主机设备管理器确认处理器板卡的驱动是否正确连接，如果是的话，则打开处理器板卡电源，如果否的话，重新连接处理器板卡，直至连接正确为止。
S4、打开V-REP插件进行编译；实现对场景对象运行仿真控制；
S41、打开步骤S1建立的所述V-REP插件，弹出V-REP插件对话框， V-REP插件自动关联场景模型的嵌入式脚本；在V-REP插件上选择目标语言模块，同时自动代码生成模块工作，生成代码并将代码自动转换为与处理器板卡上的处理器编译环境相适应的代码程序；
V-REP插件可自动识别计算机中已安装的编译器类型并识别处理器板卡的处理器型号，再通过人工对计算机中的对编译器类型、处理器型号和采样步长进行设定后，通过点击程序编译按钮，V-REP插件进行目标代码编译；编译无误后V-REP插件的程序下载功能运行，下载得到编译后的目标二进制文件代码，目标二进制文件代码沿USB数据线下载到处理器板卡中。
优选的，自动代码生成功能包括主脚本和LUA(脚本语言)子脚本代码。
S42、在V-REP插件中选中“使能处理器”，嵌入式脚本将被置为“Disabled”(不可用)，接着运行V-REP软件运行仿真，处理器将与V-REP 软件通过USB数据线进行处理器数据交互，处理器硬件将取代嵌入式脚本对场景对象运行仿真控制。
V-REP(virtual robot experimentation platform，虚拟机器人实验平台)是一种基于分布式控制体系架构的开放免费的机器人动力学仿真平台，用于快速算法开发，工厂自动化仿真，快速原型设计和验证，与机器人相关的教育，远程监控，安全性双重检查等；而处理器在环(PIL，processor in the loop)测试是一种协同仿真方法，开发人员在主机(如PC)上使用工具软件创建虚拟仿真环境和组件设计模型，同时将生成的代码下载到嵌入式处理器上运行测试，并使用目标编译器对代码进行编译，并由嵌入式处理器对主机上的组件设计模型进行操控，以验证模型动态参数和算法的有效性。目前基于V-REP的仿真模型设计、通信及算法验证方案多使用纯软件的交互式仿真方案，即V-REP仿真代码运行在计算机操作系统上，这不能保证相同代码到目标处理器上的运行结果也能和仿真模型保持一致，导致灵活性较差。如专利号CN107274777B公开的一种基于V-REP软件的虚拟示教器；
此外，V-REP官方提供的远程API虽然可以实现在远程处理器上运行真实机器人完全相同的代码来控制仿真或模型，但这种方法在调试阶段不具备子脚本的灵活性；如公开号CN108687771A的专利中，使用了MATLAB (矩阵工厂)调用远程API与V-REP交互的方式来验证TRS机器人自动操控方法，但是仍然无法克服调试阶段不具备子脚本的灵活性的问题；
而基于所述V-REP插件的处理器在环仿真方法，能够充分克服仿真时候灵活性较差的问题。
工作原理：本发明中，自定义的V-REP插件的自动代码生成模块将基于 V-REP的嵌入式脚本语言转换为适应处理器的编程语言，方便用户使用 LUA脚本编写仿真算法并利用真实处理器进行代码验证；不同于远程API 与ROS接口两种传统方式，自定义插件集成了自动代码生成、编译、下载和处理器数据通信等功能，不需要通过第三方软件即可实现V-REP软件代码到处理器可执行代码的转换，操作简便，减少了回调次数，降低了软件间通信延迟，可用于快速验证处理器算法的真实运行情况；V-REP插件是跨平台的，可方便移植到各种V-REP版本；V-REP插件具备硬件设备的特殊接口和与外界通信的接口，既利用了外部处理器的快速计算能力，又可快速验证处理器算法和模型是否一致，此外，还可以获得处理器算法在实际控制器上的最长运行时间。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种V-REP插件的处理器在环仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在装有V-PER软件的计算机上建立Qt Creator工程项目，基于Qt编写V-REP插件；
S2、启动V-REP软件，绑定场景模型的脚本并运行仿真；
S3、确认处理器板卡驱动连接正确，打开处理器板卡电源；
S4、打开V-REP插件进行编译；实现对场景对象运行仿真控制；
所述步骤S2包括，V-REP软件自动加载所述V-REP插件到Plugins菜单下，然后在所述V-REP软件中建立或导入场景模型，场景模型中添加机器人模型，在机器人模型的模型树下绑定场景模型的嵌入式脚本，最后运行仿真，仿真无误后执行步骤S3；
所述步骤S4包括；
S41、打开所述V-REP插件，弹出V-REP插件对话框，V-REP插件自动关联场景模型的嵌入式脚本；在V-REP插件上选择目标语言模块，同时自动代码生成模块工作，生成代码并将代码自动转换为与处理器板卡上的处理器编译环境相适应的代码程序；V-REP插件自动识别计算机中已安装的编译器类型并识别处理器板卡的处理器型号，再对编译器类型、处理器型号和采样步长进行设定后，V-REP插件开始目标代码编译；编译无误后V-REP插件运行下载得到的目标二进制文件代码，目标二进制文件代码沿USB数据线下载到处理器板卡中；
S42、在V-REP插件中启动使能处理器模块，嵌入式脚本将被置为“Disabled”，接着运行V-REP软件运行仿真即可。
2.根据权利要求1所述的处理器在环仿真方法，其特征在于，所述步骤S2包括，V-REP软件通过simLoadModule/simUnloadModule动态加载到Plugins菜单下，然后在所述V-REP软件中建立或导入场景模型，场景模型中添加机器人模型，在机器人模型的模型树下绑定场景模型的嵌入式脚本，最后运行仿真，仿真无误后执行步骤S3。
3.根据权利要求1所述的处理器在环仿真方法，其特征在于，所述步骤S3包括；使用USB数据线连接处理器板卡与计算机的主机USB端口，通过主机设备管理器确认处理器板卡的驱动是否正确连接，如果是的话，则打开处理器板卡电源，如果否的话，重新连接处理器板卡，直至连接正确。
4.根据权利要求1所述的处理器在环仿真方法，其特征在于，所述运行V-REP软件运行仿真包括；所述处理器将与V-REP软件通过USB数据线进行处理器数据交互，处理器硬件将取代嵌入式脚本对场景模型运行仿真控制。
5.根据权利要求1所述的处理器在环仿真方法，其特征在于，所述V-REP插件包括目标代码生成和编译模块、硬件接口驱动模块；
所述目标代码生成和编译模块功能包括：目标编译语言设定模块、目标代码生成模块、硬件型号设定模块、编译器类型设定模块、采样步长设定模块、程序下载模块、使能处理器模块和程序编译按钮模块；
所述目标编译语言设定模块用于设定目标编译语言；
所述目标代码生成模块用于生成目标代码；
所述硬件型号设定模块用于设定处理器型号；
所述编译器类型设定模块用于设定编译器类型；
所述采样步长设定模块用于设定采样步长；
所述程序下载模块用于下载程序；
所述使能处理器模块用于输入一个“允许”信号，使嵌入式脚本将被置为“Disabled”；
所述程序编译按钮模块用于执行目标代码编译功能，实现程序编译；
所述硬件接口驱动模块用于与外界设备通信连接。
6.根据权利要求5所述的处理器在环仿真方法，其特征在于，所述硬件接口驱动模块具备硬件设备的特殊接口和与外界通信的接口。
7.根据权利要求6所述的处理器在环仿真方法，其特征在于，所述V-REP插件的编写方法为：将Qt Creator工程项目编译为共享库插件，并将共享库插件置于V-REP软件安装目录下，得到V-REP插件。
8.根据权利要求7所述的处理器在环仿真方法，其特征在于，所述共享库插件置于V-REP软件安装目录下的V-REP3\V-REP_PRO_EDU文件夹内。
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