CN112883450A - 用于机械控制系统的图标式控制方法、装置、系统及介质 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于机械控制系统的图标式编程控制方法、装置、计算机可读存储介质及机械控制系统，机械控制系统包括具有控制器及机械装置的机械组件和具有编程控制界面的主机，编程控制界面包括图块控件区和参数设置区。方法应用于主机，包括：响应用户接口在图块控件区调用与机械装置各部件的外形结构相匹配图块的指令，在编程控制界面中拼装生成初始虚拟模型；根据获取的机械装置的逻辑连接关系和动作参数为初始虚拟模型中相应位置图块设置运动参数，以生成实体虚拟模型。将动画信号发送至控制器，使机械装置在控制器的控制下执行与实体虚拟模型的关键帧动画相同的动作，从而能够方便地实现对机械组件进行控制，有效提升控制效率。

Description

用于机械控制系统的图标式控制方法、装置、系统及介质

技术领域

本申请涉及机械技术领域，特别涉及一种用于机械控制系统的图标式编程控制方法、装置、计算机可读存储介质及机械控制系统。

背景技术

目前，在机械控制系统的设计过程中，其过程大致如下：

首先可采用传统的动画设计软件例如3D MAX对机械控制系统的机械组件进行建模，然后在动画设计软件中设计出机械组件的具体运动方式，以便大体校验机械组件的设计是否合理。

为了进一步确保机械组件设计的可靠性，往往需要真实地搭建出实体样机，机械组件的各个部件采用杆体、块体以及回转体等，并且可运用诸如舵机等动力部件实现机械组件的运动，通过研究实体样机也即机械组件的真实运动对机械组件进一步优化改进，最终形成机械组件的设计方案。

可以看出，在机械组件的真实运动过程中，需要单独设定动力部件的旋转角度，这一设定操作通常费时费力；且还需要不断优化改进，机械组件的设计周期长，不仅严重影响机械组件的设计效率，而且会增加机械组件的设计成本。

鉴于此，如何高效设计机械组件，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

本申请提供了一种用于机械控制系统的图标式编程控制方法、装置、计算机可读存储介质及机械控制系统，不仅可缩短机械组件的设计周期，降低机械组件的设计成本，还能够方便地实现对机械组件进行控制，有效提升机械组件控制效率。

为实现上述目的，本申请一方面提供了一种用于机械控制系统的图标式编程控制方法，所述机械控制系统包括机械组件和主机，所述机械组件包括控制器及机械装置，应用于具有编程控制界面的主机，所述编程控制界面包括图块控件区和参数设置区；所述方法包括步骤：

响应用户接口在所述图块控件区调用与所述机械装置各部件的外形结构相匹配图块的指令，在所述编程控制界面中拼装生成初始虚拟模型；

基于用户通过所述参数设置区下发参数设置指令，根据获取的所述机械装置的逻辑连接关系和动作参数为所述初始虚拟模型中相应位置图块设置运动参数，生成实体虚拟模型；

当接收到机械组件运动指令，将预先存储的动画信号发送至所述控制器，所述动画信号为用户基于动画需求信息为所述实体虚拟模型制作的关键帧动画，以使所述机械装置在所述控制器控制下执行与所述关键帧动画相同的动作。

可选的，所述响应用户接口在所述图块控件区调用与所述机械装置各部件的外形结构相匹配图块的指令，在所述编程控制界面中拼装生成初始虚拟模型包括：

当检测到用户通过所述图块控件区下发图块选择指令，调用与所述图块选择指令相匹配的图块并按照指令下发顺序将各图块进行拼装；

当接收到用户通过所述参数设置区下发的几何参数调整指令，根据所述几何参数调整指令中的所述机械装置各部件的几何参数值调整相应图块的几何属性值，以使所述编程控制界面中的各图块与所述机械装置各部件的外形结构相匹配。

可选的，所述根据所述几何参数调整指令中的所述机械装置各部件的几何参数值调整相应图块的几何属性值包括：

在检测到图块拼装完成时，调用预先存储的几何属性赋值模板；

将解析所述几何参数调整指令得到的所述机械装置各部件的几何参数值、部件与图块的对应关系，填充至所述几何属性赋值模板相应位置；

根据填充后的几何属性赋值模板自动调整相应图块的形状、尺寸和所处位置，生成所述初始虚拟模型。

可选的，所述根据获取的所述机械装置的逻辑连接关系和动作参数为所述初始虚拟模型中相应位置图块设置运动参数包括：

根据各部件间的逻辑连接关系自动为所述初始虚拟模型的各图块设置逻辑连接属性，以将所述初始虚拟模型连接组合为整体；

根据所述机械装置的各动力装置的运行控制参数设置所述初始虚拟模型相同位置处图块的运动参数，生成所述实体虚拟模型；所述运行控制参数包括动力装置的安装位置和安装个数、各动力装置对应控制的部件信息和部件运动参数。

可选的，所述参数设置区包括骨骼连接模块，所述根据各部件间的逻辑连接关系自动为所述初始虚拟模型的各图块设置逻辑连接属性包括：

根据各部件间的逻辑连接关系自动填充预先存储、且与所述初始虚拟模型唯一对应的骨骼连接模块相应位置处信息，所述骨骼连接模块包括骨骼根节点、所述骨骼根节点对应的骨骼、所述骨骼根节点绑定的图块；

当检测到所述骨骼连接模块已填充完毕，基于所述骨骼连接模块自动将所述初始虚拟模型中各图块连接组合为整体。

可选的，所述骨骼连接模块还包括约束骨骼属性设置模板，所述根据所述机械装置的各动力装置的运行控制参数设置所述初始虚拟模型相同位置处图块的运动参数包括：

基于所述骨骼连接模块确定所述初始虚拟模型中各图块与骨骼的对应关系；

根据获取的所述机械装置的各动力装置的运行控制参数设置相应骨骼的可旋转角度信息和/或可移动位移信息和/或舵机通道和/或舵机缩放值。

可选的，所述编程控制界面还包括图块展示区域，所述响应用户接口在所述图块控件区调用与所述机械装置各部件的外形结构相匹配图块的指令，在所述编程控制界面中拼装生成初始虚拟模型包括：

预先在所述主机构建CAD块数据模型库，所述CAD块数据模型库包括多个专业数据模型库和常规数据模型库，每个专业数据模型库包括同一类应用领域中的各机械装置的相同部件各自对应的三维 CAD图块，所述常规数据模型库包括多个不同形状的三维CAD图块；

当用户通过所述编程控制界面下发图块拼装指令，基于所述图块拼装指令中携带的所述机械装置所属应用领域信息匹配相应的目标专业数据模型库，并呈现在所述图块展示区域中；

根据用户通过所述图块展示区域下发的图块选择指令，从所述目标专业数据模型库中调取相应的三维CAD图块，以用于将各三维 CAD图拼装为所述初始虚拟模型。

本申请另一方面还提供一种用于机械控制系统的图标式编程控制装置，所述机械控制系统包括机械组件和主机，所述机械组件包括控制器及机械装置，应用于具有编程控制界面的主机，所述编程控制界面包括图块控件区和参数设置区；所述装置包括：

虚拟模型拼装模块，用于响应用户接口在所述图块控件区调用与所述机械装置各部件的外形结构相匹配图块的指令，在所述编程控制界面中拼装生成初始虚拟模型；

虚拟模型参数设置模块，用于基于用户通过所述参数设置区下发参数设置指令，根据获取的所述机械装置的逻辑连接关系和动作参数为所述初始虚拟模型中相应位置图块设置运动参数，生成实体虚拟模型；

机械组件动作模块，用于当接收到机械组件运动指令，将预先存储的动画信号发送至所述控制器，所述动画信号为用户基于动画需求信息为所述实体虚拟模型制作的关键帧动画，以使所述机械装置在所述控制器控制下执行与所述关键帧动画相同的动作。

本申请还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有用于机械控制系统的图标式编程控制程序，所述用于机械控制系统的图标式编程控制程序被处理器执行时实现如上任一项所述用于机械控制系统的图标式编程控制方法的步骤。

本申请最后还提供一种机械控制系统，包括机械组件和主机；

所述主机包括人机交互装置、处理器和存储器，所述人机交互装置用于提供编程控制界面，所述处理器用于执行所述存储器中存储的计算机程序时实现如前任一项所述用于机械控制系统的图标式编程控制方法的步骤；

所述机械组件包括控制器和机械装置，所述主机与所述控制器相连；所述控制器在接收到所述处理器发送的动画信号后，基于所述动画信号控制所述机械装置执行与所述主机展示的实体虚拟模型相同的动作。

相对于上述背景技术，本申请提供的技术方案的优点在于，无需单独对某些部件进行参数设计，也无需单独对机械组件的具体部件进行控制，而是基于编程控制窗口通过图标构建与机械组件相匹配的软件虚拟模型，从而可高效地设计机械组件，缩短机械组件的设计周期，有效提升机械组件的设计效率，降低机械组件的设计成本。然后对建立的软件虚拟模型制作关键帧动画，并将其作为动画信号传送至机械组件，从而控制机械组件执行和关键帧动画相同的动作，能够将关键帧动画的制作过程和对机械组件的运动控制相结合，方便地实现对机械组件进行控制，进而提升机械组件的控制效率。

此外，本发明实施例还针对用于机械控制系统的图标式编程控制方法提供了相应的实现装置、计算机可读存储介质及机械控制系统，进一步使得所述方法更具有实用性，装置、计算机可读存储介质及机械控制系统具有相应的优点。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本公开。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的用于机械控制系统的图标式编程控制方法的一种实施方式下的流程示意图；

图2为本发明实施例所提供的虚拟模型构建示意图；

图3为本发明实施例所提供一种实施方式下的模型的几何参数图标示意图；

图4为本发明实施例所提供一种实施方式下的模型与实体绑定的图标示意图；

图5为本发明实施例所提供一种实施方式下的模型参数的图标示意图；

图6为本发明实施例所提供另一种实施方式下的模型参数的图标示意图；

图7为本发明实施例所提供一种实施方式下的模型动画参数的图标示意图；

图8为本发明实施例所提供的用于机械控制系统的图标式编程控制装置在一种实施方式下的结构框架示意图；

图9为本发明实施例所提供的用于机械控制系统的图标式编程控制装置在另一种实施方式下的结构框架示意图；

图10为本发明实施例所提供的机械控制系统在一种实施方式下的结构框架示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅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做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。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。

首先，本发明实施例提供了一种用于机械控制系统的图标式编程控制方法。在本实施例中，对于机械控制系统来说，机械控制系统可包括机械组件和主机，机械组件包括控制器及机械装置。机械组件为由多个外形结构部件和动力驱动装置组合形成的某个具体结构如机器人、狗、猫等实体物、其在控制器的控制下执行具体的操作或行为，用户可通过主机向机械组件下发控制指令，该控制指令下发至控制器中。主机具备人机交互装置，以通过人机交互装置进行模型创建、制作关键帧动画、下发控制指令等，编程控制界面通过人机交互装置显示在用户眼前。编程控制界面可包括图块控件区和参数设置区，图块控件区包括多个图形图块并可将这些图像图块显示给用户，参数设置区用于向用户提供需要为模型所设置的参数图标和相应参数值的选择框和信息填入框。本实施例的方法步骤应用于机械控制系统的主机，也即本方法实施例的执行主机为主机，如说明书附图1所示，图1为本实施例提供的一种用于机械控制系统的图标式编程控制方法的流程示意图，可包括如下内容：

S101：响应用户接口在图块控件区调用与机械装置各部件的外形结构相匹配图块的指令，在编程控制界面中拼装生成初始虚拟模型。

在本实施例中，用户可以使用建模软件的编程控制界面对待控制机械组件进行建模。具体地，可根据机械组件各个部件的具体形状以及各个部件之间的位置关系在建模软件中建立软件模型，也即建立得到的软件模型应能够反映出机械组件的形状和结构特性。本实施例的图块控件区会为用户提供多种不同形状的图块，用户通过人机交互装置如鼠标或用手在可触摸显示器选择与待控制机械组件的机械装置各部件外形结构相匹配的各图块，相应的，然后可从将选中的图块直接拖拽至目标区域。主机会响应用户接口在图块控件区调用与机械装置各部件的外形结构相匹配图块的指令，例如可将用户选中的图块移动至目标区域，并将这些选中的图块进行拼接组装成功后显示在如图2 所示的目标区域中，。每个图块的几何参数可编辑，用户可通过拉伸或数据填入方式如图3所示改变每个图块的尺寸，使其与相应部件相匹配，图块尺寸与相应部件尺寸可相同，也可按比例缩小或扩大，这均不影响本申请的实现。

S102：基于用户通过参数设置区下发参数设置指令，根据获取的机械装置的逻辑连接关系和动作参数为初始虚拟模型中相应位置图块设置运动参数，生成实体虚拟模型。

可以理解的是，上述初始虚拟模型只是外形结构与待控制机械组件的机械装置相匹配，但机械装置的每个部件还需要根据实际应用场景所设置的逻辑链接关系和动作参数进行设置以保证虚拟模型和机械组件在运动过程中保持一致。所谓逻辑连接关系即是指每个部件在执行某些具体操作中是否要一起运动以及每个图块与相应部件的对应关系，而动作参数是指执行某个操作时的运动方向和运行尺度。本实施例的参数设置区可向用户提供需要为模型所设置的参数图标和相应参数值的选择框和信息填入框如图4-图7所示，用户在为各图块设置参数时，在编程控制界面选择参数设置区，参数设置区展示各个参数图标以及相应参数值设置方式，用户根据待控制机械组件的实际情况将相应参数填入相应位置，用户可通过点击页面上的完成按钮或者是下一步按钮生成参数设置指令，或者是主机在检测到参数设置区必要选项均已填写完毕后可自动生成参数设置指令。主机从中读取相应信息为初始虚拟模型可自动设置相应参数，设置完参数后初始虚拟模型便生成了与待控制机械组件的机械装置相匹配的三维虚拟模型，也即与机械装置各部件外部位置关系、内部连接关系、逻辑连接关系完全相同的软件模型。

S103：当接收到机械组件运动指令，将预先存储的动画信号发送至控制器，以使机械装置在控制器控制下执行与关键帧动画相同的动作。

本实施例的机械组件运动指令是指用户启动机械装置执行任务的指令，所执行任务即为动画信号所携带的数据信息，本实施例的动画信号为用户基于动画需求信息为实体虚拟模型制作的关键帧动画，关键帧动画就是实体虚拟模型在预设时间内执行一连串动作或执行指令的命令。机械组件运动指令例如可通过编程控制界面提供开始的按钮来触发生成，当然，也可通过其他方式来触发，这均不影响本申请的实现。

用户在建模软件的编程控制界面对建立完成机械组件的软件模型之后，继续在建模软件中制作关键帧动画，也即针对软件模型的可活动部件进行关键帧动画的制作，例如在软件模型中存在两个可相互转动的部件，则关键帧动画的制作过程可以是控制上述两个部件进行转动；当关键帧动画制作完毕后，则可以生成动画信号，并将动画信号存储在主机端本地。将动画信号传送至机械组件，以使机械组件根据动画信号执行与关键帧动画相同的动作。显然，动画信号中包含了软件模型的具体动作，当机械组件接收到动画信号时，能够根据动画信号执行相应的动作，也即机械组件执行的动作和软件模型的动作相同，这样即可实现对机械组件的运动控制。举例来说，关键帧动画为机器人在前10s内重复执行跳跃、举手、摇头动作，在第20s内重复执行向前走3步向后走5的动作，那么机器人实体虚拟模型在编程控制界面中会在机械组件运动指令下发后，开始在前10s内重复执行跳跃、举手、摇头动作，在第20s内重复执行向前走3步向后走5的动作。发送到机械组件的控制器内的动画信号也是在前10s内重复执行跳跃、举手、摇头动作，在第20s内重复执行向前走3步向后走5的动作，实体的机械人也即机械装置会在控制器收到机械组件运动指令之后被控制执行前10s内重复执行跳跃、举手、摇头动作，在第20s 内重复执行向前走3步向后走5的动作，也即是说，主机端的实体虚拟模型和机械组件的机械装置执行完全相同的动作，用户只需要通过更改关键帧动画来修改动画信号从而实现对机械装置的控制。

在本发明实施例提供的技术方案中，无需单独对某些部件进行参数设计，也无需单独对机械组件的具体部件进行控制，而是基于编程控制窗口通过图标构建与机械组件相匹配的软件虚拟模型，从而可高效地设计机械组件，缩短机械组件的设计周期，有效提升机械组件的设计效率，降低机械组件的设计成本。然后对建立的软件虚拟模型制作关键帧动画，并将其作为动画信号传送至机械组件，从而控制机械组件执行和关键帧动画相同的动作，能够将关键帧动画的制作过程和对机械组件的运动控制相结合，方便地实现对机械组件进行控制，进而提升机械组件的控制效率。

需要说明的是，本申请中各步骤之间没有严格的先后执行顺序，只要符合逻辑上的顺序，则这些步骤可以同时执行，也可按照某种预设顺序执行，图1只是一种示意方式，并不代表只能是这样的执行顺序。

在上述实施例中，对于如何执行步骤S101并不做限定，本实施例中给出初始虚拟模型的一种生成方式，可包括如下步骤：

当检测到用户通过图块控件区下发图块选择指令，调用与图块选择指令相匹配的图块并按照指令下发顺序将各图块进行拼装。

当接收到用户通过参数设置区下发的几何参数调整指令，根据几何参数调整指令中的机械装置各部件的几何参数值可自动调整相应图块的几何属性值，以使编程控制界面中的各图块与机械装置各部件的外形结构相匹配。

其中，几何参数调整指令可通过系统检测到图块被拉伸时基于拉伸尺度触发生成，也可通过检测用户点击参数设置完成按钮后触发生成，本实施例对此不做任何限定，几何参数例如可包括长、宽、高以及夹角等。

作为本实施例的一种可选的实施方式，根据几何参数调整指令中的机械装置各部件的几何参数值可自动调整相应图块的几何属性值的步骤可包括：

在检测到图块拼装完成时，调用预先存储的几何属性赋值模板；几何属性赋值模板可如图3所示，例如可包括图块名称、图块形状、移动方向及移动参数。将解析几何参数调整指令得到的机械装置各部件的几何参数值、部件与图块的对应关系，会自动填充至几何属性赋值模板相应位置；根据填充后的几何属性赋值模板可自动调整相应图块的形状、尺寸和所处位置，生成初始虚拟模型。

本实施例通过向用户提供图标式参数设置方式，更加便捷地去构建软件模型，有利于提高机械组件控制效率。

在上述实施例中，对于如何执行步骤S102并不做限定，本实施例中给出实体虚拟模型的一种生成方式，可包括如下步骤：

根据各部件间的逻辑连接关系自动为初始虚拟模型的各图块设置逻辑连接属性，以将初始虚拟模型连接组合为整体；根据机械装置的各动力装置的运行控制参数设置初始虚拟模型相同位置处图块的运动参数，生成实体虚拟模型。

在本实施例中，运行控制参数可包括动力装置的安装位置和安装个数、各动力装置对应控制的部件信息和部件运动参数。参数设置区例如还可包括骨骼连接模块，将实体虚拟模型的每个图块作为一个骨骼节点，骨骼连接模块会提供各骨骼根节点、骨骼属性和绑定对象、骨骼动画的设置页面，如图4-7所示。每个骨骼根节点包括多个被控制的骨骼，每个骨骼具有一个名称、绑定一个对象该对象即为机械装置的一个部件如头或者是相对应的图块、具有多个约束骨骼属性，例如最小角度、最大角度、偏移角度、舵机通道、舵机缩放值、旋转轴。同时，还可为设置骨骼是否隐藏功能，且每个骨骼参数后可设置下拉页面作为选项直接选填，也可设置信息输入框。这均不影响本申请的实现。其中，骨骼属性例如可以约束骨骼属性设置模板的形式显示，基于此，上述实施例中的步骤S102的实现过程可为：

根据各部件间的逻辑连接关系自动填充预先存储、且与初始虚拟模型唯一对应的骨骼连接模块相应位置处信息，骨骼连接模块包括骨骼根节点、骨骼根节点对应的骨骼、骨骼根节点绑定的图块；当检测到骨骼连接模块已填充完毕，基于骨骼连接模块自动将初始虚拟模型中各图块连接组合为整体。

作为本实施例的一种可选的实施方式，根据初始虚拟模型的运动参数的设置过程可包括：

基于骨骼连接模块确定初始虚拟模型中各图块与骨骼的对应关系；根据获取的机械装置的各动力装置的运行控制参数设置相应骨骼的可旋转角度信息和/或可移动位移信息和/或舵机通道和/或舵机缩放值。

本实施例的软件模型的运动参数和逻辑连接关系通过以骨骼形式进行设置，更加贴合机械装置的运动模型，可以便捷地去构建软件模型，有利于提高机械组件控制效率。

为了使得本申请技术方案更具有实用性，简单易于实现，本申请的技术方案可搭建在CAD平台上，相应的，上述编程控制界面还可包括图块展示区域，上述实施例的步骤S101的一种实施方式可为：

预先在主机构建CAD块数据模型库，CAD块数据模型库包括多个专业数据模型库和常规数据模型库。每个专业数据模型库包括同一类应用领域中的各机械装置的相同部件各自对应的三维CAD图块，常规数据模型库包括多个不同形状的三维CAD图块。三维CAD图块包括但不限制于简单立体形状如长方体、正方体、三棱锥等、由简单形状拼接的基础三维图块如长方体和球的组合形状等。也就是说，专业数据模型库中包含的各三维CAD图块为经由多个简单立体小图块或平面小图块组合而成的相应应用领域中的基础模型，常规数据模型库中的三维CAD图块为常规的一些图块组合和/单一图块。举例来说，以动物领域为例，专业数据模型库中的各三维CAD图块为不同种类的猫三维模型、不同种类的狗三维模型等，常规数据模型库的三维 CAD图块为猫头、尾巴、耳朵等。

当用户通过编程控制界面下发图块拼装指令，基于图块拼装指令中携带的机械装置所属应用领域信息匹配相应的目标专业数据模型库，并呈现在图块展示区域中。图像拼装指令例如可通过在编程控制界面的图块控件区包括开始建模按钮和应用领域选填项，当用户开始建模时先填写应用领域选填项然后再点击开始建模按钮，系统检测到开始建模按钮被点击时触发生成图像拼装指令。

根据用户通过图块展示区域下发的图块选择指令，从目标专业数据模型库中调取相应的三维CAD图块并将其展示在窗口内，以用于将各三维CAD图拼装为初始虚拟模型。在编程控制界面的图块控件区可设置选择感应模块，选择感应模块用于当检测到到用户在数据库中选中待控制装置所对应的图块时触发生成图像选择指令，可预先设置图块选中操作如双击，当系统检测到某个图块被双击时，则证明该图块被选中，然后触发生成图块选择指令。

可以理解的是，机械控制系统的机械组件的控制器可以采用任何一种可实现上述功能的硬件设备，如Micro：bit、单片机或是arduino。其中Micro：bit板是有是由英国BBC公司推出的面向青少年编程教育的微型电脑开发板，其最大特点就在于只需连接到计算机的USB端口上，即可马上执行。单片机仅仅是一个芯片，当需要应用单片机时，还应设计电路，并根据硬件电路编写相应的程序；类似地，arduino板仅为一块核心板，亦需要配合其他软硬件来实现相应的功能。为了使所属领域技术人员更加清楚本申请的技术方案，本申请以采用Micro： bit板作为软件模型和机械组件之间的连接板为例进行说明，Micro： bit的一端通过USB端口连接在安装有建模软件的主机上，以使机械组件的动画信号由计算机传送至Micro：bit板，Micro：bit的另一端通过转接板与机械组件的舵机相连，舵机作为两个部件转动的动力单元，转接板直接控制舵机转动。。

当主机的建模软件的编程控制页面完成步骤S101和步骤S102之后，且已完成关键帧动画制作或者是说主机中已存储有关键帧动画，点击编程控制界面的部署按钮，动画信号发送至Micro：bit板，然后按下Micro：bit板上的编程按钮，也即关键帧动画通过USB端口映射到Micro：bit板，然后反馈至和Micro：bit板相连的转换板，进而反馈至舵机，实现舵机的转动；舵机的转动实现机械组件的动作，且机械组件的动作和关键帧动画相同。

针对上述步骤S101-S102建立机械组件的软件模型的步骤，可具体包括：

分别建立机械装置中各个部件的部件模型；

根据机械组件和全部部件模型构建初始虚拟模型。

简言之，在编辑控制页面中首先可以分别建立单独的CAD方块， CAD方块是指制作软件模型的基础零件，每个CAD方块有不同的基础形状，例如杆状、块状和盘状等。根据机械组件中各个部件的具体形状构造，分别建立出单独的部件模型，此时的部件模型相互独立，互不相连。在这里，CAD方块即可看做是部件模型。

然后根据机械组件中各个部件的位置关系和连接关系，将分别建立出的部件模型进行所谓的骨骼绑定，从而构建出上述的软件模型。也即，将上述的CAD方块按照机械组件的具体设置方式连接起来，从而构建得到实体虚拟模型。

针对“根据机械组件和全部部件模型构建软件模型”的具体步骤，包括：

根据机械组件将全部部件模型进行连接；

根据机械组件的动力装置对相应的部件模型的可旋转角度和/或可移动位移进行设置。

当全部部件模型建立完成后，首先可根据机械组件中各个部件的连接方式将部件模型进行连接，例如：倘若机械组件中的第一部件和第二部件是固定连接，那么第一部件和第二部件所对应的两个部件模型也应设置为固定连接，同时，第一部件和第二部件之间的相对位置关系也应体现在二者所对应的两个部件模型上；与之类似地，将全部部件模型按照机械组件各个部件的连接关系和位置关系设置完毕后，还应对相应的部件模型的旋转角度进行设置。

根据机械组件的动力装置例如可以是舵机的安装位置和属性相对应地设置相同位置部件模型的属性；也即，首先确定机械组件的动力装置可以是舵机的安装位置，其可以实现哪些部件的旋转和位移，对应地确定出哪些部件模型可实现旋转和位移，然后根据动力装置(可以是舵机)的可旋转角度等属性，对应地在软件的编程控制页面中赋予部件模型的可旋转角度。

也就是说，在软件的编程控制页面中建立的软件模型能够最大限度地体现出机械组件的特性，以便合理地制作出关键帧动画，有效地控制机械组件的运动。

如上文提及，制作完毕的动画信号可传送至动力装置如舵机的转换板，由于机械组件的运动完全是由动力装置决定的，因此控制动力装置如舵机的运动就能够实现机械组件的运动，而直接控制动力装置如舵机运动的是上文提及的转换板，因此通过上述Micro：bit板和转换板相连的方式即可实现对动力装置如舵机的控制，从而有效地控制机械组件的运动。

在将动画信号传送至机械组件的步骤之前，还包括：建立动画信号和机械组件之间的电连接。

针对“建立动画信号和机械组件之间的电连接”的步骤，可以在建立机械组件的软件模型的步骤之前，也可以在建立机械组件的软件模型之后执行，但显然应是先建立动画信号和机械组件之间的电连接，然后再执行将动画信号传送至机械组件的步骤。

本发明实施例还针对用于机械控制系统的图标式编程控制装置方法提供了相应的装置，进一步使得方法更具有实用性。其中，装置可从功能模块的角度和硬件的角度分别说明。下面对本发明实施例提供的用于机械控制系统的图标式编程控制装置进行介绍，下文描述的用于机械控制系统的图标式编程控制装置与上文描述的用于机械控制系统的图标式编程控制方法可相互对应参照。

基于功能模块的角度，参见图8，图8为本发明实施例提供的用于机械控制系统的图标式编程控制装置在一种具体实施方式下的结构图。其中，机械控制系统可包括机械组件和主机，机械组件包括控制器及机械装置，用于机械控制系统的图标式编程控制装置内置于具有编程控制界面的主机，编程控制界面可包括图块控件区和参数设置区；该装置可包括：

虚拟模型拼装模块801，用于响应用户接口在图块控件区调用与机械装置各部件的外形结构相匹配图块的指令，在编程控制界面中拼装生成初始虚拟模型。

虚拟模型参数设置模块802，用于基于用户通过参数设置区下发参数设置指令，根据获取的机械装置的逻辑连接关系和动作参数为初始虚拟模型中相应位置图块设置运动参数，生成实体虚拟模型。

机械组件动作模块803，用于当接收到机械组件运动指令，将预先存储的动画信号发送至控制器，动画信号为用户基于动画需求信息为实体虚拟模型制作的关键帧动画，以使机械装置在控制器控制下执行与关键帧动画相同的动作。

其中，虚拟模型拼装模块801和虚拟模型参数设置模块802可具体为建模软件中建模功能所对应的封装模块，机械组件动作模块803 可具体为软件中制作关键帧动画所对应的封装模块以及部署功能所对应的封装模块；并且利用Micro：bit板、转换板和舵机三者的相连，通过Micro：bit板和安装有软件的计算机通过USB接口相连，实现对机械组件的运动控制。

可选的，作为本实施例的一种实施方式，上述虚拟模型拼装模块 801可包括：

拼装子模块，用于当检测到用户通过图块控件区下发图块选择指令，调用与图块选择指令相匹配的图块并按照指令下发顺序将各图块进行拼装；

属性值调整子模块，用于当接收到用户通过参数设置区下发的几何参数调整指令，根据几何参数调整指令中的机械装置各部件的几何参数值调整相应图块的几何属性值，以使编程控制界面中的各图块与机械装置各部件的外形结构相匹配。

作为本实施例的一种可选的实施方式，上述属性值调整子模块可进一步用于：

在检测到图块拼装完成时，调用预先存储的几何属性赋值模板；将解析几何参数调整指令得到的机械装置各部件的几何参数值、部件与图块的对应关系，填充至几何属性赋值模板相应位置；根据填充后的几何属性赋值模板自动调整相应图块的形状、尺寸和所处位置，生成初始虚拟模型。

作为本实施例的另外一种可选的实施方式，上述虚拟模型拼装模块801例如还可进一步用于：编程控制界面还包括图块展示区域，预先在主机构建CAD块数据模型库，CAD块数据模型库包括多个专业数据模型库和常规数据模型库，每个专业数据模型库包括同一类应用领域中的各机械装置的相同部件各自对应的三维CAD图块，常规数据模型库包括多个不同形状的三维CAD图块；当用户通过编程控制界面下发图块拼装指令，基于图块拼装指令中携带的机械装置所属应用领域信息匹配相应的目标专业数据模型库，并呈现在图块展示区域中；根据用户通过图块展示区域下发的图块选择指令，从目标专业数据模型库中调取相应的三维CAD图块，以用于将各三维CAD图拼装为初始虚拟模型。

可选的，作为本实施例的另一种实施方式，上述虚拟模型参数设置模块802可包括：

组合子模块，用于根据各部件间的逻辑连接关系自动为初始虚拟模型的各图块设置逻辑连接属性，以将初始虚拟模型连接组合为整体；

动力参数设置子模块，用于根据机械装置的各动力装置的运行控制参数设置初始虚拟模型相同位置处图块的运动参数，生成实体虚拟模型；运行控制参数包括动力装置的安装位置和安装个数、各动力装置对应控制的部件信息和部件运动参数。

作为本实施例的一种可选的实施方式，上述组合模块具体可用于：参数设置区包括骨骼连接模块，根据各部件间的逻辑连接关系自动填充预先存储、且与初始虚拟模型唯一对应的骨骼连接模块相应位置处信息，骨骼连接模块包括骨骼根节点、骨骼根节点对应的骨骼、骨骼根节点绑定的图块；当检测到骨骼连接模块已填充完毕，基于骨骼连接模块自动将初始虚拟模型中各图块连接组合为整体。

作为本实施例的一种可选的实施方式，上述动力参数设置子模块进一步可用于：骨骼连接模块还包括约束骨骼属性设置模板，基于骨骼连接模块确定初始虚拟模型中各图块与骨骼的对应关系；根据获取的机械装置的各动力装置的运行控制参数设置相应骨骼的可旋转角度信息和/或可移动位移信息和/或舵机通道和/或舵机缩放值。

本发明实施例所述用于机械控制系统的图标式编程控制装置的各功能模块的功能可根据上述方法实施例中的方法具体实现，其具体实现过程可以参照上述方法实施例的相关描述，此处不再赘述。

由上可知，本发明实施例能够方便地实现对机械组件进行控制，有效提升机械组件控制效率。

上文中提到的用于机械控制系统的图标式编程控制装置是从功能模块的角度描述，进一步的，本申请还提供一种用于机械控制系统的图标式编程控制装置，是从硬件角度描述。图9为本申请实施例提供的另一种用于机械控制系统的图标式编程控制装置的结构图。如图 9所示，该装置包括存储器90，用于存储计算机程序；

处理器91，用于执行计算机程序时实现如上述任一实施例提到的用于机械控制系统的图标式编程控制方法的步骤。

其中，处理器91可以包括一个或多个处理核心，比如4核心处理器、8核心处理器等。处理器91可以采用DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)、FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)、PLA(Programmable Logic Array，可编程逻辑阵列)中的至少一种硬件形式来实现。处理器91也可以包括主处理器和协处理器，主处理器是用于对在唤醒状态下的数据进行处理的处理器，也称CPU(Central ProcessingUnit，中央处理器)；协处理器是用于对在待机状态下的数据进行处理的低功耗处理器。在一些实施例中，处理器91可以在集成有GPU(Graphics Processing Unit，图像处理器)，GPU用于负责显示屏所需要显示的内容的渲染和绘制。一些实施例中，处理器91还可以包括AI(Artificial Intelligence，人工智能)处理器，该AI处理器用于处理有关机器学习的计算操作。

存储器90可以包括一个或多个计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是非暂态的。存储器90还可包括高速随机存取存储器，以及非易失性存储器，比如一个或多个磁盘存储设备、闪存存储设备。本实施例中，存储器90至少用于存储以下计算机程序901，其中，该计算机程序被处理器91加载并执行之后，能够实现前述任一实施例公开的用于机械控制系统的图标式编程控制方法的相关步骤。另外，存储器90所存储的资源还可以包括操作系统902和数据903等，存储方式可以是短暂存储或者永久存储。其中，操作系统902可以包括Windows、Unix、Linux等。数据903可以包括但不限于用于机械控制系统的图标式编程控制结果对应的数据等。

在一些实施例中，用于机械控制系统的图标式编程控制装置还可包括有显示屏99、输入输出接口93、通信接口94、电源95以及通信总线96。

本领域技术人员可以理解，图9中示出的结构并不构成对用于机械控制系统的图标式编程控制装置的限定，可以包括比图示更多或更少的组件，例如还可包括传感器97。

本发明实施例所述用于机械控制系统的图标式编程控制装置的各功能模块的功能可根据上述方法实施例中的方法具体实现，其具体实现过程可以参照上述方法实施例的相关描述，此处不再赘述。

由上可知，本发明实施例能够方便地实现对机械组件进行控制，有效提升机械组件控制效率。

可以理解的是，如果上述实施例中的用于机械控制系统的图标式编程控制方法以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器 (Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

基于此，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，存储有用于机械控制系统的图标式编程控制程序，所述用于机械控制系统的图标式编程控制程序被处理器执行时如上任意一实施例所述用于机械控制系统的图标式编程控制法的步骤。

本发明实施例所述计算机可读存储介质的各功能模块的功能可根据上述方法实施例中的方法具体实现，其具体实现过程可以参照上述方法实施例的相关描述，此处不再赘述。

由上可知，本发明实施例能够方便地实现对机械组件进行控制，有效提升机械组件控制效率。

由上可知，本发明实施例能够方便地实现对机械组件进行控制，有效提升机械组件控制效率。

本发明实施例最后还提供一种机械控制系统，请参阅图10，包括机械组件11和主机12。主机12可包括人机交互装置120、处理器121 和存储器122。人机交互装置120用于提供编程控制界面，例如可包括显示器、键盘和鼠标，或者是可触摸屏幕；处理器121用于执行存储器中存储的计算机程序时实现如前任一个用于机械控制系统的图标式编程控制方法实施例的步骤。机械组件11可包括控制器111和机械装置112，主机12与控制器111相连；控制器111在接收到处理器121 发送的动画信号后，基于动画信号控制机械装置112执行与主机12 展示的实体虚拟模型相同的动作。

和上述类似地，首先通过主机12的人机交互界面如显示器建立的软件虚拟模型，然后用户再将预先制作的关键帧动画存储至主机12 的存储器122中，并生成动画信号，最后通过主机12和机械组件11 之间的信号传输模块如wifi或蓝牙将生成的动画信号传送至机械组件 11，从而控制机械组件11执行和关键帧动画相同的动作，这样一来，能够将关键帧动画的制作过程和对机械组件的运动控制相结合，方便的实现对机械组件进行控制，进而提升了控制效率。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

以上对本申请所提供的一种用于机械控制系统的图标式编程控制方法、装置、计算机可读存储介质及机械控制系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于机械控制系统的图标式编程控制方法，所述机械控制系统包括机械组件和主机，所述机械组件包括控制器及机械装置，其特征在于，应用于具有编程控制界面的主机，所述编程控制界面包括图块控件区和参数设置区；所述方法包括：

响应用户接口在所述图块控件区调用与所述机械装置各部件的外形结构相匹配图块的指令，在所述编程控制界面中拼装生成初始虚拟模型；

基于用户通过所述参数设置区下发参数设置指令，根据获取的所述机械装置的逻辑连接关系和动作参数为所述初始虚拟模型中相应位置图块设置运动参数，生成实体虚拟模型；

当接收到机械组件运动指令，将预先存储的动画信号发送至所述控制器，所述动画信号为用户基于动画需求信息为所述实体虚拟模型制作的关键帧动画，以使所述机械装置在所述控制器控制下执行与所述关键帧动画相同的动作。

2.根据权利要求1所述的用于机械控制系统的图标式编程控制方法，其特征在于，所述响应用户接口在所述图块控件区调用与所述机械装置各部件的外形结构相匹配图块的指令，在所述编程控制界面中拼装生成初始虚拟模型包括：

当检测到用户通过所述图块控件区下发图块选择指令，调用与所述图块选择指令相匹配的图块并按照指令下发顺序将各图块进行拼装；

当接收到用户通过所述参数设置区下发的几何参数调整指令，根据所述几何参数调整指令中的所述机械装置各部件的几何参数值调整相应图块的几何属性值，以使所述编程控制界面中的各图块与所述机械装置各部件的外形结构相匹配。

3.根据权利要求2所述的用于机械控制系统的图标式编程控制方法，其特征在于，所述根据所述几何参数调整指令中的所述机械装置各部件的几何参数值调整相应图块的几何属性值包括：

在检测到图块拼装完成时，调用预先存储的几何属性赋值模板；

将解析所述几何参数调整指令得到的所述机械装置各部件的几何参数值、部件与图块的对应关系，填充至所述几何属性赋值模板相应位置；

根据填充后的几何属性赋值模板自动调整相应图块的形状、尺寸和所处位置，生成所述初始虚拟模型。

4.根据权利要求1所述的用于机械控制系统的图标式编程控制方法，其特征在于，所述根据获取的所述机械装置的逻辑连接关系和动作参数为所述初始虚拟模型中相应位置图块设置运动参数包括：

根据各部件间的逻辑连接关系自动为所述初始虚拟模型的各图块设置逻辑连接属性，以将所述初始虚拟模型连接组合为整体；

根据所述机械装置的各动力装置的运行控制参数设置所述初始虚拟模型相同位置处图块的运动参数，生成所述实体虚拟模型；所述运行控制参数包括动力装置的安装位置和安装个数、各动力装置对应控制的部件信息和部件运动参数。

5.根据权利要求4所述的用于机械控制系统的图标式编程控制方法，其特征在于，所述参数设置区包括骨骼连接模块，所述根据各部件间的逻辑连接关系自动为所述初始虚拟模型的各图块设置逻辑连接属性包括：

根据各部件间的逻辑连接关系自动填充预先存储、且与所述初始虚拟模型唯一对应的骨骼连接模块相应位置处信息，所述骨骼连接模块包括骨骼根节点、所述骨骼根节点对应的骨骼、所述骨骼根节点绑定的图块；

当检测到所述骨骼连接模块已填充完毕，基于所述骨骼连接模块自动将所述初始虚拟模型中各图块连接组合为整体。

6.根据权利要求5所述的用于机械控制系统的图标式编程控制方法，其特征在于，所述骨骼连接模块还包括约束骨骼属性设置模板，所述根据所述机械装置的各动力装置的运行控制参数设置所述初始虚拟模型相同位置处图块的运动参数包括：

基于所述骨骼连接模块确定所述初始虚拟模型中各图块与骨骼的对应关系；

根据获取的所述机械装置的各动力装置的运行控制参数设置相应骨骼的可旋转角度信息和/或可移动位移信息和/或舵机通道和/或舵机缩放值。

7.根据权利要求1至6任意一项所述的用于机械控制系统的图标式编程控制方法，其特征在于，所述编程控制界面还包括图块展示区域，所述响应用户接口在所述图块控件区调用与所述机械装置各部件的外形结构相匹配图块的指令，在所述编程控制界面中拼装生成初始虚拟模型包括：

预先在所述主机构建CAD块数据模型库，所述CAD块数据模型库包括多个专业数据模型库和常规数据模型库，每个专业数据模型库包括同一类应用领域中的各机械装置的相同部件各自对应的三维CAD图块，所述常规数据模型库包括多个不同形状的三维CAD图块；

当用户通过所述编程控制界面下发图块拼装指令，基于所述图块拼装指令中携带的所述机械装置所属应用领域信息匹配相应的目标专业数据模型库，并呈现在所述图块展示区域中；

根据用户通过所述图块展示区域下发的图块选择指令，从所述目标专业数据模型库中调取相应的三维CAD图块，以用于将各三维CAD图拼装为所述初始虚拟模型。

8.一种用于机械控制系统的图标式编程控制装置，所述机械控制系统包括机械组件和主机，所述机械组件包括控制器及机械装置，其特征在于，应用于具有编程控制界面的主机，所述编程控制界面包括图块控件区和参数设置区；所述装置包括：

虚拟模型拼装模块，用于响应用户接口在所述图块控件区调用与所述机械装置各部件的外形结构相匹配图块的指令，在所述编程控制界面中拼装生成初始虚拟模型；

虚拟模型参数设置模块，用于基于用户通过所述参数设置区下发参数设置指令，根据获取的所述机械装置的逻辑连接关系和动作参数为所述初始虚拟模型中相应位置图块设置运动参数，生成实体虚拟模型；

机械组件动作模块，用于当接收到机械组件运动指令，将预先存储的动画信号发送至所述控制器，所述动画信号为用户基于动画需求信息为所述实体虚拟模型制作的关键帧动画，以使所述机械装置在所述控制器控制下执行与所述关键帧动画相同的动作。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有用于机械控制系统的图标式编程控制程序，所述用于机械控制系统的图标式编程控制程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述用于机械控制系统的图标式编程控制方法的步骤。

10.一种机械控制系统，其特征在于，包括机械组件和主机；

所述主机包括人机交互装置、处理器和存储器，所述人机交互装置用于提供编程控制界面，所述处理器用于执行所述存储器中存储的计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述用于机械控制系统的图标式编程控制方法的步骤；

所述机械组件包括控制器和机械装置，所述主机与所述控制器相连；所述控制器在接收到所述处理器发送的动画信号后，基于所述动画信号控制所述机械装置执行与所述主机展示的实体虚拟模型相同的动作。

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