CN111581736A - 一种无人机仿真系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开的无人机仿真系统，涉及仿真技术领域，包括第一参数设置模块、第二参数设置模块、文件生成模块及模型仿真模块，其中，第一参数设置模块用于设置无人机各个刚体的属性参数，第二参数设置模块用于设置无人机各个刚体之间的连接属性参数，文件生成模块用于对用户通过第一参数设置模块输入的属性参数及通过第二参数设置模块输入的连接属性参数进行处理，生成URDF格式的文件，模型仿真模块用于根据文件生成模块生成的URDF格式的文件，生成相应的无人机三维模，提高了仿真的效率及准确度。

Description

一种无人机仿真系统

技术领域

本发明涉及仿真技术领域，具体涉及一种无人机仿真系统。

背景技术

目前，主要使用统一的机器人描述格式(Unified Robot Description Format，URDF)的文件来仿真无人机，即用统一格式的文件来对无人机的各个参数进行描述。该方案存在以下缺陷：

由于URDF格式文件要求严格，在对无人机进行仿真时，需严格遵循格式要求，而且无人机仿真参数繁多，编写过程繁琐，这些导致仿真无人机的过程复杂，并且容易出错，在编写完成后还需要用liburdfdom-stools工具检查文件是否有不合适且在传统的预览URDF格式文件的方法中，需要首先建立launch文件，在launch文件中编写查看该3D模型的代码，然后运行该文件后才能在Gazebo模型或rviz模型中查看该3D模型，效率较低。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明实施例提供了一种无人机仿真系统，该系统包括：

第一参数设置模块，用于设置无人机各个刚体的属性参数；

第二参数设置模块，用于设置无人机各个刚体之间的连接属性参数；

文件生成模块，用于对用户通过所述第一参数设置模块输入的属性参数及通过所述第二参数设置模块输入的连接属性参数进行处理，生成URDF格式的文件；

模型仿真模块，用于根据所述文件生成模块生成的URDF格式的文件，生成相应的无人机三维模型。

优选地，所述系统还包括：

参数调整模块，用于识别并调整所述各个刚体之间不合适的连接属性参数。

优选地，所述各个刚体的属性参数包括：

刚体的名称、惯性属性、碰撞属性及可视属性。

优选地，所述各个刚体之间的连接属性参数包括：

父刚体与子刚体之间连接的名称、类型、起始位置、父刚体名称、子刚体名称、轴参数、校准参数、限制参数、模拟参数、动力学参数及安全控制器参数。

优选地，所述模型仿真模块为Gazebo模型。

本发明实施例提供的无人机仿真系统具有以下有益效果：

(1)能够根据不同的需求来对无人机进行仿真，对用户输入的参数进行自动处理，减少了仿真中繁琐的格式编写过程，使仿真过程更加快捷；

(2)能够避免产生不合适的参数组合，对不合适的参数进行调整，降低出错率，使仿真结果更加准确。

附图说明

图1为本发明实施例提供的无人机仿真系统结构示意图；

图2为本发明实施例提供的无人机仿真系统第一参数设置模块界面示意图；

图3为本发明实施例提供的无人机仿真系统第二参数设置模块界面示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作具体的介绍。

本发明实施例提供的无人机仿真系统包括：第一参数设置模块、第二参数设置模块、文件生成模块及模型仿真模块，其中：

第一参数设置模块用于设置无人机各个刚体的属性参数。

第二参数设置模块用于设置无人机各个刚体之间的连接属性参数。

文件生成模块用于对用户通过第一参数设置模块输入的属性参数及通过第二参数设置模块输入的连接属性参数进行处理，生成URDF格式的文件。

作为一个具体的实施例，若在设置参数的过程中，用户对一些必要参数或一些可选参数没有进行设置，那么在导出URDF格式文件时，文件生成模块会自动对参数进行处理，按照默认值来补齐这些参数。

例如，对应属性参数中的惯性属性，若用户没有设置该参数，那么在导出URDF文件时该参数就自动导出为：

<inertia ixx＝"0.0000"ixy＝"0.0000"ixz＝"0.0000"iyy＝"0.0000"iyz＝"0.0000"izz＝"0.0000"/>，其中，x、y及z表示刚体在x轴、y轴及z轴方向上的偏移量。

模型仿真模块用于根据文件生成模块生成的URDF格式的文件，生成相应的无人机三维模型。

可选地，该系统还包括：

参数调整模块，用于识别并调整不合适的连接属性参数。

具体地，参数调整模块根据设置的父刚体与子刚体之间连接的类型，判断其是否可以和后面要设置的父刚体与子刚体之间连接的限制参数组合，自动屏蔽不可设置的参数，使其无法被选中，不可被设置，以避免产生不合适的参数。例如，在父刚体与子刚体之间连接的类型中选择了旋转，那么无人机仿真工具就会使限制模块里的棱柱关节的长度选项不可被选择，只可选择设置旋转关节的弧度。

输入到安全控制器的参数有两个，分别上限参数和下限参数，而这两个属性参数需要均小于限制属性中设定的上限制并大于限制属性设定的下限。在输入的安全控制器参数不合适，没有在规定的范围内，该参数调整模块会自动对参数进行调整，对错误的参数进行纠正。

对用户输入的不适合的参数进行调整。参数调整模块利用父刚体与子刚体之间连接的安全控制器判断用户输入的参数是否合适，若用户输入的参数数值大于限制属性设定的上限或小于限制属性设定的下限，则判定该参数被判断为不在规定范围内，确定该参数设置不合适，自动对参数进行调整。

作为一个具体的实施例，用户在安全控制器中输入的参数为4，而限制属性设定的下限参数为5，则参数调整模块将参数自动调整为6。

其中，参数调整模块在得到该刚体之间的连接属性的类型后，判断是否需要屏蔽刚体之间的连接属性的限制属性，若需要则限制属性不可被设置，若不需要则限制属性可以被设置。

例如，若在用户选择刚体之间连接的类型时，没有选择旋转关节或者棱柱关节，则自动屏蔽限制属性，使其无法被选择，错误的参数也就无法被组合到URDF格式文件里。

可选地，各个刚体的属性参数包括：

刚体的名称、惯性属性、碰撞属性及可视属性。

其中：

惯性属性为物体抗拒其运动状态被改变的性质，包括：

起始位置：这是惯性参考系相对于连接参考系的姿态，惯性参考系的原点需要位于重心处，惯性基准帧的轴线不需要与惯性的主轴对齐；

质量：物体的惯性和物体的质量，形状，以及质量分布有关，出于计算复杂性和刚体特征考虑，通常默认质量是均匀分布的；

惯性：3×3转动惯量矩阵，以惯性框架表示。

可视属性为指定对象的形状(框，圆柱等)以用于可视化目的，包括：

起始位置：视觉对象的参考系相对于连接的参考系；

几何形状：视觉对象的形状，可选择立方体、圆柱、球体、网格；

材料：视觉对象的材料。

碰撞属性，通常使用更简单的碰撞模型来减少计算时间，同一个连接可是存在多个碰撞模型，包括：

起始位置：碰撞模型的参考系相对于连接的参考系。

几何形状：碰撞模型的形状。可选择立方体、圆柱、球体、网格。

可选地，各个刚体之间的连接属性参数包括：

父刚体与子刚体之间连接的名称、类型、起始位置、父刚体名称、子刚体名称、轴参数、校准参数、限制参数、模拟参数、动力学参数及安全控制器参数。

其中：

类型为关节的类型，包括旋转关节、连续关节、棱柱形关节、固定关节、浮动关节及平面关节；

起始位置为从父刚体到子刚体的转换，关节位于子刚体的原点；

父刚体名称为具有强制属性的父刚体名称；

子刚体名称为具有强制属性的子刚体名称；

轴参数为指定的关节轴，是指旋转关节的旋转轴、棱柱关节的平移轴或平面关节的表面法线，其中，固定和浮动关节不适用轴；

校准参数为关节的参考位置，用于校准关节的绝对位置，校准参数包括：

上升：当关节向正方向移动时，该参数位置将触发上升沿；

下降：当关节向负方向移动时，该参数位置将处罚下降沿；

限制参数用于限制关节的运动范围，仅适用于旋转关节和棱柱关节，限制参数包括：

下关节限制：指定下部关节限制的属性；

上关节限制：指定上部关节限制的属性；

作用力：用于实施最大联合作用力的属性；

速度：用于强制执行最大关节速度的属性；

模拟参数用于指定定义的关节模仿另一个现有关节，包括：

关节名称：为要模仿的关节的名称；

乘数：为乘法因子；

偏移：为偏移量。

动力学参数为指定关节物理属性参数，用于指定关节的建模属性，包括：

阻尼：关节的物理阻尼值；

摩擦：关节的物理静摩擦值；

安全控制器参数包括以下属性：

上边界：指定安全控制器限制关节位置的上关节边界属性，该限制需要小于上关节限制；

下边界：指定安全控制器开始限制关节位置的下关节边界的属性，此限制需要大于下关节限制；

K_position：指定位置和速度限制之间关系的属性；

K_velocity：指定力和速度限制之间关系的属性。

可选地，模型仿真模块为Gazebo模型。

本发明实施例提供的无人机仿真系统，包括第一参数设置模块、第二参数设置模块、文件生成模块及模型仿真模块，其中，第一参数设置模块用于设置无人机各个刚体的属性参数，第二参数设置模块用于设置无人机各个刚体之间的连接属性参数，文件生成模块用于对用户通过第一参数设置模块输入的属性参数及通过第二参数设置模块输入的连接属性参数进行处理，生成URDF格式的文件，模型仿真模块用于根据文件生成模块生成的URDF格式的文件，生成相应的无人机三维模，提高了仿真的效率及准确度。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

可以理解的是，上述方法及装置中的相关特征可以相互参考。另外，上述实施例中的“第一”、“第二”等是用于区分各实施例，而并不代表各实施例的优劣。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (5)

1.一种无人机仿真系统，其特征在于，包括：

第一参数设置模块，用于设置无人机各个刚体的属性参数；

第二参数设置模块，用于设置无人机各个刚体之间的连接属性参数；

文件生成模块，用于对用户通过所述第一参数设置模块输入的属性参数及通过所述第二参数设置模块输入的连接属性参数进行处理，生成URDF格式的文件；

模型仿真模块，用于根据所述文件生成模块生成的URDF格式的文件，生成相应的无人机三维模型。

2.根据权利要求1所述的无人机仿真系统，其特征在于，所述系统还包括：

参数调整模块，用于识别并调整所述各个刚体之间不合适的连接属性参数。

3.根据权利要求1所述的无人机仿真系统，其特征在于，所述各个刚体的属性参数包括：

刚体的名称、惯性属性、碰撞属性及可视属性。

4.根据权利要求1所述的无人机仿真系统，其特征在于，所述各个刚体之间的连接属性参数包括：

父刚体与子刚体之间连接的名称、类型、起始位置、父刚体名称、子刚体名称、轴参数、校准参数、限制参数、模拟参数、动力学参数及安全控制器参数。

5.根据权利要求1所述的无人机仿真系统，其特征在于，所述模型仿真模块为Gazebo模型。

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