CN115890689A - 机器人仿真运动控制系统、方法及动力模组负载仿真模块 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种机器人仿真运动控制系统、方法及动力模组负载仿真模块，包括机器人控制器、多关节机械单元、仿真单元、负载控制单元以及负载单元，仿真单元发送机器人的当前仿真状态信息和外部环境力信息至机器人控制器；机器人控制器根据机器人的当前仿真状态信息和确定多关节机械单元的目标运动控制指令；多关节机械单元执行目标运动控制指令；仿真单元将机器人的当前仿真状态信息和/或外部环境力信息发送给负载控制单元；负载控制单元获取第一动力系统状态信息或者第二动力系统状态信息，并确定负载控制指令；负载单元模拟出机器人的外部环境力，并加载至动力单元。本申请提高了机器人动力单元仿真运动控制的开发效率和测试效率。

Description

机器人仿真运动控制系统、方法及动力模组负载仿真模块

技术领域

本申请涉及机器人仿真控制领域，更具体地，涉及一种机器人仿真运动控制系统、方法及动力模组负载仿真模块。

背景技术

目前，在机器人的设计及应用过程中，需要通过仿真来模拟机器人的动力单元（机器人的各关节）的状态及性能参数，从而，开发人员根据仿真所提供的数据进行机器人的实际应用开发。在相关技术中，通常是通过在普通通用计算机平台上建立完整的仿真环境来实现机器人的运动仿真，或者是通过直接将控制器部署在机器人整机上进行机器人的动力单元的实际场景实验开发，其实验成本较高、且机器人存在损坏风险，开发和测试效率低。如何提高机器人的动力单元仿真运动控制的开发和测试效率，且降低实验成本较高以及避免机器人损坏风险成为亟待解决的问题。

发明内容

鉴于上述问题，本申请实施例提出了一种机器人仿真运动控制系统、方法及动力模组负载仿真模块，以改善上述问题。

根据本申请实施例的第一方面，提供了一种机器人仿真运动控制系统，所述机器人仿真运动控制系统包括机器人控制器、多关节机械单元、仿真单元、负载控制单元以及负载单元，其中：

所述仿真单元用于发送机器人的当前仿真状态信息和/或外部环境力信息至所述机器人控制器；所述机器人控制器用于根据所述机器人的当前仿真状态信息确定所述多关节机械单元的目标运动控制指令，并将所述目标运动控制指令发送至所述多关节机械单元和所述仿真单元；所述多关节机械单元用于执行所接收的所述目标运动控制指令；所述仿真单元用于将机器人当前仿真状态信息和/或所述外部环境力信息发送给所述负载控制单元；所述负载控制单元用于接收所述机器人的当前仿真状态信息和/或所述外部环境力信息，并获取所述多关节机械单元的第一动力系统状态信息或者所述机器人控制器的第二动力系统状态信息，其中，所述第一动力系统状态信息为所述多关节机械单元的实际信息，所述第二动力系统状态信息为所述机器人控制器的目标信息；所述负载控制单元用于根据机器人的当前仿真状态信息和/或所述外部环境力信息、所述第一动力系统状态信息或第二动力系统状态信息，确定负载控制指令，并将所述负载控制指令发送至所述负载单元；所述负载单元用于根据所述负载控制指令模拟出所述机器人的外部环境力，并加载至所述多关节机械单元。

根据本申请实施例的第二方面，提供了一种机器人动力单元仿真运动控制方法，所述方法应用于第一方面的机器人动力单元仿真运动控制系统，所述机器人动力单元仿真运动控制系统包括机器人控制器、多关节机械单元、仿真单元、负载控制单元以及负载单元，所述方法包括：所述仿真单元发送机器人的当前仿真状态信息和/或外部环境力信息至所述机器人控制器；所述机器人控制器根据所述机器人的当前仿真状态信息确定所述多关节机械单元的目标运动控制指令，并将所述目标运动控制指令发送给所述多关节机械单元和所述仿真单元；所述多关节机械单元执行所接收的所述目标运动控制指令；所述仿真单元将机器人当前仿真状态信息和/或所述外部环境力信息发送给负载控制单元；所述负载控制单元接收所述机器人当前仿真状态信息和/或所述外部环境力信息，并获取所述多关节机械单元的第一动力系统状态信息或者所述机器人控制器的第二动力系统状态信息，其中，所述第一动力系统状态信息为所述多关节机械单元的实际信息，所述第二动力系统状态信息为所述机器人控制器的目标信息；所述负载控制单元根据机器人当前仿真状态信息和/或所述外部环境力信息、所述第一动力系统状态信息或第二动力系统状态信息，确定负载控制指令，并将所述负载控制指令发送至所述负载单元；所述负载单元根据所述负载控制指令模拟出所述机器人的外部环境力，并加载至所述多关节机械单元。

根据本申请实施例的第三方面，提供了一种动力模组负载仿真模块，所述动力模组负载仿真模块包括负载控制单元和负载单元：所述负载控制单元接收的所述机器人当前仿真状态信息和/或所述外部环境力信息，并获取所述多关节机械单元的第一动力系统状态信息或者所述机器人控制器的第二动力系统状态信息，其中，所述第一动力系统状态信息为所述多关节机械单元的实际信息，所述第二动力系统状态信息为所述机器人控制器的目标信息，所述仿真单元发送机器人的当前仿真状态信息和/或外部环境力信息至所述机器人控制器；所述机器人控制器根据所述机器人的当前仿真状态信息确定所述多关节机械单元的目标运动控制指令，并将所述目标运动控制指令发送至所述多关节机械单元和所述仿真单元；所述多关节机械单元执行所接收的所述目标运动控制指令；所述仿真单元用于将机器人当前仿真状态信息和/或所述外部环境力信息发送给所述负载控制单元；所述负载控制单元根据机器人当前仿真状态信息和/或所述外部环境力信息、所述第一动力系统状态信息或第二动力系统状态信息，确定负载控制指令，并将所述负载控制指令发送至所述负载单元；所述负载单元接收所述负载控制指令，并根据所述负载控制指令模拟出所仿真述机器人的外部环境力，并加载至所述多关节机械单元。

在本申请的方案中，该机器人动力单元仿真运动控制系统，包括机器人控制器、多关节机械单元、仿真单元、负载控制单元以及负载单元，其中，仿真单元用于发送机器人的当前仿真状态信息和/或外部环境力信息至机器人控制器，机器人的目标当前仿真状态信息用于指示机器人的关节动力模组的转动角度信息、机器人的关节动力模组的转速信息、机器人的关节动力模组的力矩信息的至少一个信息；机器人控制器用于根据机器人的当前仿真状态信息确定多关节机械单元的目标运动控制指令，并将目标运动控制指令发送至多关节机械单元和仿真单元；多关节机械单元用于执行所接收的目标运动控制指令；仿真单元用于将机器人的当前仿真状态信息和/或外部环境力信息发送给负载控制单元；负载控制单元用于接收机器人当前仿真状态信息和/或外部环境力信息，并获取多关节机械单元的第一动力系统状态信息或者机器人控制器的第二动力系统状态信息，其中，第一动力系统状态信息为多关节机械单元的实际信息，第二动力系统状态信息为机器人控制器的目标信息；负载控制单元用于根据机器人当前仿真状态信息和/或外部环境力信息、第一动力系统状态信息或第二动力系统状态信息，确定负载控制指令，并将负载控制指令发送至负载单元；负载单元用于根据负载控制指令模拟出机器人的外部环境力，并加载至多关节机械单元。

本申请所提供的机器人仿真运动控制系统，通过仿真单元、负载控制单元和负载单元，分别为机器人的机器人控制器和多关节机械单元提供机器人在运动控制过程中所需的当前仿真状态信息和外部环境力信息，从而，机器人的多关节机械单元对应的各关节会产生真实任务场景所需的力矩、速度、位置等，以使机器人的多关节机械单元可以在不落地的情况下完成机器人必须在真实场景才能完成的运动控制开发和测试，降低实验成本，避免了机器人损坏风险，并且提高了机器人运动仿真控制的开发效率和测试效率。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本申请一实施例示出的本方案的应用场景的示意图。

图2是根据另一实施例示出的机器人动力单元仿真运动控制系统的结构示意图。

图3是根据本申请的一个实施例示出的机器人动力单元仿真运动控制系统的时序示意图。

图4是根据本申请的另一个实施例示出的机器人动力单元仿真运动控制系统的时序示意图。

图5是根据本申请的又一个实施例示出的机器人动力单元仿真运动控制系统的时序示意图。

图6是根据本申请一实施例示出的机器人的结构框图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本申请将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。

不同于一般的机器人基于模型的设计开发（model based design，MBD）直接将控制器部署在机器人的整机上进行实际场景的实验开发，实际场景的实验开发的成本较高、且机器人存在损坏风险。在机器人的运动控制任务的开发过程中，若算法设计不当，输出的机器人的关节力矩指令不足以满足指定任务的需求，则会导致机器人摔倒；若当机器人的运动控制的场景复杂时，机器人可能因为摔倒而导致损害机器人硬件等风险，如四足机器人爬楼梯、Atlas人形机器人后空翻的任务开发过程中时，机器人从高处跌落的巨大冲击力会损害机器人整机机械结构、电气系统，严重时甚至导致电池自燃等现象。或者，比如，让机器人整机完成一个后空翻的动作，在实验开发过程中机器人需要做很多次后空翻的动作，当然，很多次都会是失败，这样危险的动作失败，会直接导致机器人本体在碰撞中受损，修复会变得很漫长。

为了解决以上的技术问题，提出了本申请的机器人动力单元仿真运动控制系统，不仅可以实现机器人的运动控制开发，而且，不要求机器人的整机进行实际的运动，从而，可以在机器人不落地的情况下完成原有机器人必须在真实场景才能完成的运动控制开发和测试，以此提高机器人的开发效率。

图1是根据本申请一实施例示出的本方案的应用场景的示意图，如图1所示，该机器人仿真运动控制系统100包括仿真单元110、负载模拟模组120和机器人模组130，其中，负载模拟模组120包括负载控制单元121和负载单元122；机器人模组130包括机器人控制器131和多关节机械单元132。仿真单元110分别与负载模拟模组120和机器人模组130通过有线或者无线网络建立通信连接，负载模拟模组120和机器人模组130通过有线或者无线网络建立通信连接。

通过仿真单元110和负载模拟模组120，分别为机器人模组130提供运动控制过程中所需的控制指令和外部环境作用力，从而，机器人模组130中多关节机械单元132对应的各关节会产生真实任务场景所需的力矩、速度、位置，进而使得机器人模组130可以在不落地的情况下完成原有机器人必须在真实场景才能完成的运动控制开发和测试。

在图1所示的机器人仿真运动控制系统中，所述仿真单元110用于发送机器人的当前仿真状态信息和/或外部环境力信息至所述机器人控制器131，所述机器人的当前仿真状态信息用于指示所述机器人的所述多关节机械单元132的转动角度信息、所述机器人的关节动力模组的转速信息、所述机器人的关节动力模组的力矩信息中的至少一个信息；所述机器人控制器131用于根据所述机器人的当前仿真状态信息确定所述多关节机械单元的目标运动控制指令，并将所述目标运动控制指令发送至所述多关节机械单元132和所述仿真单元110；所述多关节机械单元132用于执行所接收的所述目标运动控制指令；所述仿真单元110用于将机器人状态和/或外部环境力信息发送给所述负载控制单元121；所述负载控制单元121用于接收所述机器人的当前仿真状态信息和/或所述外部环境力信息，并获取所述多关节机械单元132的第一动力系统状态信息或者所述机器人控制器131的第二动力系统状态信息，其中，所述第一动力系统状态信息为所述多关节机械单元132的实际信息，所述第二动力系统状态信息为所述机器人控制器131的目标信息；所述负载控制单元121用于根据机器人的当前仿真状态信息和/或所述外部环境力信息、所述第一动力系统状态信息或第二动力系统状态信息，确定负载控制指令，并将所述负载控制指令发送至所述负载单元122；所述负载单元122用于根据所述负载控制指令模拟出所述机器人的外部环境力，并加载至所述多关节机械单元132，使得所述多关节机械单元132的实际状态达到或接近机器人的当前仿真状态。

在一些实施例中，所述多关节机械动力单元132为至少一个关节动力模组，所述负载单元122包括至少一个负载电机，所述至少一个关节动力模组和所述至少一个负载电机对拖设置，所述仿真单元110用于将机器人的当前仿真状态信息和外部环境力信息发送至所述负载控制单元121，所述外部环境力信息至少包括腿部结构的重力、运动惯性力、科式力、地面碰撞力；所述负载控制单元121用于接收所述机器人的当前仿真状态信息和所述外部环境力信息，并获取所述多关节机械单元132的第一动力系统状态信息或者所述机器人控制器131的第二动力系统状态信息；所述负载控制单元121用于根据所述机器人的当前仿真状态信息、所述外部环境力信息、所述第一动力系统状态信息或所述第二动力系统状态信息，确定所述负载控制指令，并将所述负载控制指令发送至所述负载单元122；所述负载单元122用于根据所述负载控制指令模拟出所述机器人的外部环境力并加载至所述多关节机械单元132，使得所述多关节机械单元132的实际状态达到或接近所述机器人的当前仿真状态。

在另一些实施例中，所述多关节机械动力单元132为机器人的至少一个多关节机械结构，所述负载单元122包括与所述多关节机械结构上的至少一个关节电机相适配的至少一个负载电机，或所述负载单元包括与所述多关节机械结构相适配的伺服系统，其中，所述伺服系统为包含多维力传感器的力控闭环系统，所述仿真单元110用于将所述外部环境力信息发送至所述负载控制单元121，所述外部环境力信息包括地面碰撞力；所述负载控制单元121用于接收所述当前仿真状态信息和所述外部环境力信息，并获取所述多关节机械单元132的第一动力系统状态信息或者所述机器人控制器131的第二动力系统状态信息；所述负载控制单元121用于根据所述外部环境力信息、所述第一动力系统状态信息或所述第二动力系统状态信息，确定负载控制指令，并将所述负载控制指令发送至所述负载单元122；所述负载单元122用于根据所述负载控制指令模拟出外部环境力信息并加载至所述多关节机械单元132，使得所述多关节机械单元132的实际状态达到或接近所述机器人的当前仿真状态。

在一些实施例中，所述机器人控制器131还用于接收控制指令，并将所述控制指令发送至所述多关节机械单元132和/或所述仿真单元110，所述控制指令为与所述机器人控制器通信连接的外部控制器所发送的指令。

在一些实施例中，如图2所示，该机器人多关节机械单元仿真运动控制系统100还包括上位机单元140，该上位机单元140可用于对负载模拟模组120和机器人模组130进行监控，也可用于实时显示机器人模组130的运行信息。

在一些实施例中，所述上位机单元140用于获取所述第一动力系统状态信息和所述第二动力系统状态信息以及获取所述机器人控制器131发送的运动控制指令；所述上位机单元140用于根据所述第一动力系统状态信息和所述第二动力系统状态信息以及所述运动控制指令，生成并显示所述机器人的实际运动状态与所述目标运动状态的数据图。

作为一种方式，上位机单元生成获取机器人模组的状态信息的获取指令，并将该指令发送至多关节机械单元和机器人控制器，多关节机械单元和机器人控制器在接收到该获取指令后，多关节机械单元根据该获取指令生成多关节机械单元的实际信息对应的第一动力系统状态信息，和/或，机器人控制器根据该获取指令生成机器人控制器的目标信息对应的第二动力系统状态信息，并将该第一动力系统状态信息和第二动力系统状态信息反馈至上位机单元，以此上位机单元获取第一动力系统状态信息和第二动力系统状态信息。

可选的，在机器人控制器根据机器人的当前仿真状态信息确定多关节机械单元的运动控制指令后，会将该运动控制指令发送至上位机单元。

作为一种方式，机器人的实际运动状态是上位机单元根据多关节机械单元的第一动力系统状态信息生成的，机器人的目标运动状态可以是上位机单元根据机器人控制器的第二动力系统状态信息生成的，也可以是上位机单元根据机器人控制器的运动控制指令生成的，还可以是根据机器人控制器的第二动力系统状态信息和运动控制指令生成的。

可选的，上位机单元可以是与机器人的多关节机械单元和机器人的机器人控制器通过以太网通信连接的计算机。可选的，机器人的实际运动状态与目标运动状态的数据图可以是机器人的实际运动状态与目标运动状态的曲线图，在该曲线图中能够显示出机器人的实际运动状态对应的曲线不断趋近于机器人的目标运动状态对应的曲线。以此，开发人员能够根据该数据图观察机器人的仿真控制是否成功，并且，开发人员能够根据该数据图对机器人多关节机械单元仿真运动控制进行分析。

在另一些实施例中，所述上位机单元140还用于获取所述机器人控制器131发送的所述目标运动控制指令和所述仿真平台110发送的真参数；所述上位机单元140用于根据所述目标运动控制指令和所述仿真参数对所述机器人的运动状态进行调整。

作为一种方式，机器人控制器在生成运动控制指令后，将该运动控制指令同时发送至上位机单元。可选的，仿真单元在搭建好外部环境力信息和/或设置机器人对应的机器人状态后，将外部环境力信息对应的仿真参数和/或机器人的机器人状态对应的状态参数发送至上位机单元。

可选的，上位机单元在接收到目标运动控制指令以及仿真参数后，上位机单元的显示界面中显示对应运动控制控件、仿真参数对应的控件和/或当前仿真状态信息对应的参数控件，并将对应的参数值填充至控件中，开发人员可通过在对应控件中修改对应的参数值来实现对机器人的仿真运动状态进行调整。

可选的，开发人员对应控件中修改对应的参数值后，上位机单元根据修改后的参数值更新目标运动控制指令、外部环境力信息和/或机器人的当前仿真状态信息，并将更新后的目标运动控制指令、外部环境力信息和/或机器人的当前仿真状态信息发送至机器人控制器和仿真单元。

在又一些实施例中，所述上位机单元140还用于获取所述多关节机械单元132的第一性能状态信息和/或所述负载单元122的第二性能状态信息；所述上位机单元140根据所述第一性能状态信息和/或所述第二性能状态信息进行异常分析，并在监测到异常数据后上报异常分析结果。

作为一种方式，性能状态信息是指多关节机械单元在执行机器人控制器所发送的运动控制指令时多关节机械单元的硬件的运行状态，也可以是负载单元在模拟机器人的各关节的重力、运动惯性力、科式力和/或外部环境作用力时，负载单元中的负载电机或多为力传感器的运行状态。

可选的，上位机单元与运动单元以及负载单元通信连接，以此来获取多关节机械单元的第一性能状态信息和/或负载单元的第二性能状态信息。

可选的，异常分析结果可以包括多关节机械单元或负载单元的CPU占用率信息、通信丢帧信息、多关节机械单元对应的关节过热上报信息、与机器人控制器连接的外部控制器（例如控制手柄）失联信息等。

作为另一种方式，该上位机单元还用于将机器人多关节机械单元运动控制仿真系统的每次仿真的数据进行存储，并对存储的数据进行处理，以生成数据报告共开发人员进行查看以及分析。

图3是根据本申请的一个实施例示出的机器人多关节机械单元仿真运动控制系统的时序示意图。参照图3所示，该机器人仿真系统包括机器人控制器、多关节机械单元、仿真单元、负载控制单元以及负载单元，该机器人多关节机械单元仿真运动控制系统的时序示意图至少包括步骤210至270，详细介绍如下：

步骤210，所述仿真单元用于发送机器人的当前仿真状态信息和外部环境信息至所述机器人控制器。

作为一种方式，所述仿真机器人的当前仿真状态信息用于指示所述仿真机器人的关节动力模组的转动角度信息、所述仿真机器人的关节动力模组的转速信息、所述仿真机器人的关节动力模组的力矩信息的至少一个信息。该仿真单元可以是运动控制动力学场景仿真软件，可通过在该仿真软件中搭建虚拟仿真场景（例如楼梯、斜坡等）以及机器人模型，其中，机器人模型是建立在计算机上的原型系统或子系统模型，在一定程度上具有与物理样机（即机器人的实体样机）相当的功能真实度。可选的，该仿真单元可以是动力学仿真软件gazebo、pybullet等，可根据实际需要来选择具体的仿真软件，在此不进行具体限定。

可选的，仿真单元可实现楼梯、斜坡、碎石路等多种3D环境模拟；支持trot、侧踹、爬楼梯、跨步站立等多功能开发。在机器人的仿真测试中，可以利用自动化手段、提供数万次重复的整机运动仿真，并可以设置各种各样场景，山体、光滑，碎石等。

可选的，当在仿真单元中搭建好机器人的运动场景以及机器人的机器人后，设置机器人的运动信息，该运动信息可以包括机器人的运动方向信息，机器人的位姿信息以及机器人的各关节的运动信息，然后仿真单元根据设置的机器人的运动信息生成机器人的当前仿真状态信息。

作为一种方式，在机器人的仿真中，仿真单元可以通过与机器人的机器人控制器通信连接（例如以太网），以此将当前仿真状态信息发送至机器人控制器。可选的，机器人的机器人控制器可以是机器人整机中用于控制机器人进行运动的控制器或控制单元。

可选的，多关节机械单元的位姿信息可以是多关节机械单元的位置信息与姿态信息。若所述多关节机械单元为至少一个关节动力模组，则多关节机械单元的位姿信息为所述至少一个关节动力模组的位置与姿态；若所述多关节机械单元为机器人的至少一个多关节机械结构，比如一条机械腿，则多关节机械单元的位姿信息为机械腿的位置和姿态。

可选的，多关节机械单元的转动角度信息可以是机器人的关节动力模组的转子在一定时间范围内转动的角度，或者关节动力模组的输出法兰在一定时间范围内转动的角度。

多关节机械单元的转速信息可以是关节动力模组的转子的转速信息，或者关节动力模组的输出法兰的转速信息。

多关节机械单元的力矩信息可以是机器人的关节动力模组的力矩信息。

外部环境力信息可包括腿部结构的重力、运动惯性力、科式力、地面碰撞力，可选的，若所述多关节机械单元为至少一个关节动力模组，则所述外部环境力信息包括外部环境力信息：关节动力模组对应的腿部的重力、惯性力、地面碰撞力、负载科式力等；若所述多关节机械单元为机器人的至少一个多关节机械结构，则所述外部环境力信息包括地面碰撞力。

步骤220，所述机器人控制器用于根据所述机器人的当前仿真状态信息确定所述多关节机械单元的目标运动控制指令，并将所述目标运动控制指令发送至所述多关节机械单元和所述仿真单元。

作为一种方式，机器人控制器在接收到仿真单元的当前仿真状态信息后，获取机器人的多关节机械单元的当前仿真状态信息，然后根据机器人的当前仿真状态信息和多关节机械单元的当前仿真状态信息计算得到多关节机械单元的目标运动控制指令，其中，机器人控制器在接收到仿真单元的当前仿真状态信息后向机器人的多关节机械单元发送获取当前仿真状态信息的指令，机器人的多关节机械单元或各关节的多关节机械单元的关节动力模组根据该指令向机器人控制器反馈各自的当前仿真状态信息。可选的，若多关节机械单元为至少一个关节动力模组时，机器人控制器可根据机器人的当前仿真状态信息和多关节机械单元的当前仿真状态信息计算出机器人的多关节机械单元的多关节机械单元目标控制指令。

可选的，该目标运动控制指令可以包括机器人的多关节机械单元达到或接近当前仿真状态信息中的位姿、力矩、以及外部环境力、多关节机械单元的关节动力模组或多关节机械结构达到或接近当前仿真状态信息中的位置所需要速度、力矩等。

可选的，机器人控制器将目标运动控制指令发送至仿真单元以使仿真单元能够根据该目标运动控制指令对机器人的运动进行仿真；机器人控制器将目标运动控制指令发送至多关节机械单元以使多关节机械单元能够根据该目标运动控制指令进行运动，进而实现目标运动控制指令所指示的运动。其中，仿真单元和多关节机械单元所接收到的机器人控制器所发送的目标运动控制指令为同一套控制指令，可选的，仿真单元和多关节机械单元在同一时间接收到机器人控制器所发送的目标运动控制指令。

在一些实施例中，所述机器人控制器还用于接收控制指令，并将所述控制指令发送至所述多关节机械单元和/或所述仿真单元，所述控制指令为与所述机器人控制器通信连接的外部控制器所发送的指令。

可选的，与机器人控制器通信连接的外部控制器可以是遥控器。其中，用户可在遥控器中输入机器人的目的地和速度信息等，机器人控制器根据这些信息，计算出接下来各控制周期的状态信息，然后将状态信息发送至仿真单元，以使仿真单元能够根据该状态信息对机器人的运动进行仿真，在本发明的一个实施方式中，所述控制周期T为0.002秒。

作为一种方式，机器人控制器可通过短距离无线通信（例如以太网、蓝牙、Wi-Fi、ZigBee等）与外部控制器通信连接。可选的，外部控制器可以是控制手柄、遥控器等，控制指令可以是开发人员在外部控制器上选择了机器人的移动方式后，外部控制器响应控制操作对应生成指令。例如，用户在通过外部控制器选择了机器人的步态、移动目的地，移动速度等信息，外部控制器根据该选择对应生成让机器人进行运动的控制指令，其中，控制指令中包括了机器人的步态、移动目的地，移动速度等信息。

作为另一种方式，在机器人控制器上设有与外界进行通信的通信接口，该通信接口为实际接口，可通过该通信接口与外部控制器进行通信。

步骤230，所述多关节机械单元用于执行所接收的所述目标运动控制指令。

作为一种方式，机器人的多关节机械单元，是机器人的开发任务中的被测对象，其中，机器人的多关节机械单元可以是一台完整机器人样机（如，四足机器人）的多关节机械单元，也可以是未组装的机器人样机的多关节机械单元，例如，四足机器人的1条前腿对应的3个关节动力模组。

步骤240，所述仿真单元用于将机器人状态和/或外部环境力信息发送给所述负载控制单元。

作为一种方式，仿真单元在接收到机器人控制器发送的目标运动控制指令后，根据该目标运动控制指令确定出机器人在仿真单元确定的负载外部环境力信息和/或机器人的当前仿真状态信息，并将机器人的当前仿真状态信息和/或外部环境力信息发送给负载控制单元，以使负载控制单元能够根据机器人状态和/或外部环境力信息确定机器人的多关节机械单元的外加负载。

可选的，机器人的当前仿真状态信息可包括机器人的关节动力模组的转动角度信息、机器人的关节动力模组的转速信息、机器人的关节动力模组的力矩信息等；外部环境力信息可包括负载重力、负载惯性力、地面碰撞力、负载科式力、地面碰撞力等，或者地面碰撞力等。具体的外部环境力与多关机机械单元和负载单元的构成相关。

可选的，仿真单元还可获取多关节机械单元的执行所接收的目标运动控制指令对应的运动信息，然后根据该运动信息在仿真单元或上位机单元中实时显示该机器人的仿真运动。例如，当仿真单元对应的仿真场景为桥，目标运动控制指令指示了机器人在桥上移动，仿真单元则根据机器人的多关节机械单元执行所接收的目标运动控制指令对应的运动信息，显示机器人在桥上的运动，开发人员可通过观察仿真单元或上位机的画面来判断机器人的多关节机械单元仿真运动控制是否成功。

步骤250，所述负载控制单元用于接收所述机器人的当前仿真状态信息和/或所述外部环境力信息，并获取所述多关节机械单元的第一动力系统状态信息或者所述机器人控制器的第二动力系统状态信息，其中，所述第一动力系统状态信息为所述多关节机械单元的实际信息，所述第二动力系统状态信息为所述机器人控制器的目标信息。

作为一种方式，负载控制单元在接收到机器人的当前仿真状态信息和/或外部环境力信息后，生成获取动力系统状态信息的指令，并将指令发送至多关节机械单元或机器人控制器，多关节机械单元或机器人控制器根据该指令向负载控制单元反馈各自对应的动力系统状态信息，即多关节机械单元根据该指令反馈第一动力系统状态信息，机器人控制器根据该指令反馈第二动力系统状态信息。

可选的，由于多关节机械单元执行所接收到的目标运动控制指令，则获取的多关节机械单元的动力系统状态信息是多关节机械单元执行目标运动控制指令后的多关节机械单元的状态信息，即第一动力系统状态信息为多关节机械单元在执行运动控制指令后的实际信息；机器人控制器在确定运动控制指令后将该目标运动控制指令发送至多关节机械单元和仿真单元，无需执行该目标运动控制指令，则获取的机器人控制器的动力系统状态信息是目标运动控制指令所指示的多关节机械单元需要执行的运动对应的动力系统状态信息，即第二动力系统状态信息为机器人控制器所确定的目标运动控制指令中多关节机械单元应执行的目标信息。

步骤260，所述负载控制单元用于根据所述机器人的当前仿真状态信息和/或所述外部环境力信息、所述第一动力系统状态信息或所述第二动力系统状态信息，确定负载控制指令，并将所述负载控制指令发送至所述负载单元。

作为一种方式，可预先在负载控制单元构建机器人的多关节机械单元（关节模组）对应的电机的外加负载的数学模型，可选的，该数学模型中可以包括平衡方程、转矩平衡方程、电磁力矩方程、反电动势方程等，用于确定机器人的多关节机械单元（关节模组）对应的电机的输出信息，即负载电机的入出信息。可选的，该数学模型也可以是机器人的多关节机械单元的动力学模型，对应可包括机器人的动力学方程，例如：拉格朗日动力学方程、牛顿欧拉动力学方程、动量矩定律方程、高斯最小约束方程等，可根据实际需要来设置，在此不进行具体限定。

可选的，负载控制单元可根据机器人状态和/或外部环境力信息和第一动力系统状态信息确定出多关节机械单元实际所需要的负载力；负载控制单元可根据机器人状态和/或所述外部环境力信息和第二动力系统状态信息确定出多关节机械单元与目标运动控制指令所指示的信息对应多关节机械单元的目标负载力。

作为一种方式，负载控制单元确定负载控制指令指示了机器人的负载单元的负载力。可选的，负载控制单元与负载单元可以通过以太网、无线网络等进行通信连接，可也以是通过实际的输入输出接口连接的，可根据实际需要来设置，在此不进行具体限定。

可选的，负载控制单元可利用机器人的当前仿真状态信息和/或外部环境力信息、根据机器人的第一动力系统状态信息或第二动力系统状态信息计算出机器人的多关节机械单元为完成仿真任务所需的外部环境力。

步骤270，所述负载单元用于根据所述负载控制指令模拟出所述机器人的外部环境力，并加载至所述多关节机械单元。

作为一种方式，负载控制指令中指示了机器人的多关节机械单元的重力、运动惯性力、科式力、地面碰撞力的等，以此，负载单元能够模拟出机器人的完成目标运动控制指令所需的外部环境力。

作为另一种方式，负载单元可以是与多关节机械单元对拖设置的电机，可根据负载控制指令中指示的多关节机械单元的电机负载，模拟出机器人的完成目标运动控制指令所需的外部环境力对应的电机负载。

作为一种方式，多关节机械单元通过对拖设置将负载模组和机器人模组进行连接，以此负载控制单元能够接收机器人的的当前仿真状态信息和/或外部环境力信息，进而，负载控制单元在确定负载控制指令后，负载单元能够根据该通信连接所接收到的负载控制指令模拟的机器人的外部环境力，并通过对拖设置，将该外部环境力加载至多关节机械单元中，以此使得多关节机械单元的实际状态达到或接近机器人的当前仿真状态。

在本申请的方案中，该机器人多关节机械单元仿真运动控制系统，包括机器人控制器、多关节机械单元、仿真单元、负载控制单元以及负载单元，其中，仿真单元用于发送机器人的目标仿真状态信息至机器人控制器，机器人的当前仿真状态信息用于指示机器人的关节动力模组的转动角度信息、机器人的关节动力模组的转速信息、机器人的关节动力模组的力矩信息的至少一个信息；机器人控制器用于根据机器人的当前仿真状态信息和确定多关节机械单元的目标运动控制指令，并将目标运动控制指令发送至多关节机械单元和仿真单元；多关节机械单元用于执行所接收的目标运动控制指令；仿真单元用于将机器人的当前仿真状态信息和/或外部环境力信息发送给负载控制单元；负载控制单元用于接收机器人的当前仿真状态信息和/或外部环境力信息，并获取多关节机械单元的第一动力系统状态信息或者机器人控制器的第二动力系统状态信息，其中，第一动力系统状态信息为多关节机械单元的实际信息，第二动力系统状态信息为机器人控制器的目标信息；负载控制单元用于根据机器人的当前仿真状态信息和/或外部环境力信息、第一动力系统状态信息或第二动力系统状态信息，确定负载控制指令，并将负载控制指令发送至负载单元；负载单元用于根据负载控制指令模拟出机器人的腿部结构的重力、运动惯性力、科式力和/或外部环境力信息，并加载至多关节机械单元，使得多关节机械单元的实际状态达到或接近机器人的当前仿真状态。

本申请所提供的机器人多关节机械单元仿真运动控制系统，通过机器人控制器、仿真单元、负载控制单元和负载单元，为机器人的多关节机械单元提供机器人在运动控制过程中所需的当前仿真状态信息、目标运动控制指令和外部环境作用力，从而，机器人的多关节机械单元能够产生在真实任务场景实现运动所需的力矩、速度、位置等，以使机器人的多关节机械单元可以在不落地的情况下完成机器人必须在真实场景才能完成的运动控制开发和测试，降低实验成本，避免了机器人损坏风险，并且提高了机器人多关节机械单元运动仿真控制的开发效率和测试效率。

图4是根据本申请的一个实施例示出的机器人多关节机械单元仿真运动控制系统的时序示意图。在图4所述的时序示意图中与图3所示的时序示意图中，其对应的负载单元和多关节机械单元的组成不同。参照图4所示，该机器人仿真系统包括机器人控制器、多关节机械单元、仿真单元、负载控制单元以及负载单元，其中，所述多关节机械单元为至少一个关节动力模组，所述负载单元包括至少一个负载电机，所述至少一个关节动力模组和所述至少一个负载电机对拖设置，该机器人多关节机械单元仿真运动控制系统的时序示意图至少包括步骤310至370，详细介绍如下：

步骤310，所述仿真单元用于发送机器人的当前仿真状态信息和外部环境力信息至所述机器人控制器，所述外部环境力信息至少包括腿部结构的重力、运动惯性力、科式力、地面碰撞力。

步骤320，所述机器人控制器用于根据所述机器人的当前仿真状态信息确定所述多关节机械单元的目标运动控制指令，并将所述目标运动控制指令发送至所述多关节机械单元和所述仿真单元。

步骤330，所述多关节机械单元用于执行所接收的所述目标运动控制指令。

步骤340，所述仿真单元用于将机器人的当前仿真状态信息和外部环境力信息发送至所述负载控制单元。

作为一种方式，当负载单元包括至少一个负载电机时，多关节机械单元为至少一个关节动力模组，即对应的机器人的多关节机械单元也为电机，此时，机器人没有实体的关节结构，则需要在仿真单元中设置机器人的当前仿真状态信息，可选的，该机器人的当前仿真状态信息可以包括机器人在仿真单元搭建的仿真场景中的机器人的关节动力模组的转动角度信息、机器人的关节动力模组的转速信息、机器人的关节动力模组的力矩信息等。

步骤350，所述负载控制单元用于接收所述机器人的当前仿真状态信息和所述外部环境力信息，并获取所述多关节机械单元的第一动力系统状态信息或者所述机器人控制器的第二动力系统状态信息。

步骤360，所述负载控制单元用于根据所述机器人的当前仿真状态信息、所述外部环境力信息、所述第一动力系统状态信息或所述第二动力系统状态信息，确定所述负载控制指令，并将所述负载控制指令发送至所述负载单元。

作为一种方式，负载控制单元可根据机器人的当前仿真状态信息、外部环境力信息和第一动力系统状态信息或第二动力系统状态信息，在负载控制单元的预设数学模型中计算出多关节机械单元对应的电机实际所需的负载。

步骤370，所述负载单元用于根据所述负载控制指令模拟出所述重力、所述运动惯性力、所述科式力和所述地面碰撞力并加载至所述多关节机械单元。

作为一种方式，负载单元包括至少一个负载电机，机器人的多关节机械单元与该至少负载电机可通过电机对拖实现，即将至少一个负载电机的输入作为多关节机械单元的输入，以此由至少一个负载电机模拟出机器人的外部环境力对应的负载，以此能够加载至机器人的多关节机械单元。

其中，步骤310-步骤330和步骤350的具体步骤描述可参阅步骤210-步骤230和步骤250，在此不再进行赘述。

在本实施例中，在负载单元包括与至少一个负载电机，多关节机械单元为至少一个关节动力模组，且至少一个关节动力模组和至少一个负载电机对拖设置时，仿真单元将发送外部环境力信息和机器人的当前仿真状态信息至负载控制单元，以使负载控制单元能够根据外部环境力信息和机器人的当前仿真状态信息确定指示了机器人的多关节机械单元的重力、运动惯性力、科式力和地面碰撞力的负载控制指令，进而负载单元能够根据该负载指令模拟并加载重力、运动惯性力、科式力和地面碰撞力至多关节机械单元，以使多关节机械单元的实际状态达到或接近机器人的当前仿真状态，以此在机器人的多关节机械单元不具有实体结构的情况，对多关节机械单元对应的电机进行多关节机械单元的运动控制仿真，能够实现不落地情况下机器人的多场景、多任务模拟。

图5是根据本申请的一个实施例示出的机器人多关节机械单元仿真运动控制系统的时序示意图。参照图5所示，该机器人仿真系统包括机器人控制器、多关节机械单元、仿真单元、负载控制单元以及负载单元，其中，所述多关节机械动力单元为机器人的至少一个多关节机械结构，所述负载单元包括与所述多关节机械结构上的至少一个关节电机相适配的至少一个负载电机或所述负载单元包括与所述多关节机械结构相适配的伺服系统，其中，所述伺服系统为包含多维力传感器的力控闭环系统，该机器人多关节机械单元仿真运动控制系统的时序示意图至少包括步骤410至470，详细介绍如下：

步骤410，所述仿真单元用于发送机器人的当前仿真状态信息和外部环境力信息至所述机器人控制器，所述外部环境力信息包括地面碰撞力。

步骤420，所述机器人控制器用于根据所述机器人的当前仿真状态信息确定所述多关节机械单元的目标运动控制指令，并将所述目标运动控制指令发送至所述多关节机械单元和所述仿真单元。

步骤430，所述多关节机械单元用于执行所接收的所述目标运动控制指令。

步骤440，所述仿真单元用于将所述当前仿真状态信息和所述外部环境力信息发送至所述负载控制单元。

作为一种方式，若所述多关节机械动力单元为机器人的至少一个多关节机械结构，负载单元包括与多关节机械结构上的至少一个关节电机相适配的至少一个负载电机或所述负载单元包括与所述多关节机械结构相适配的伺服系统时，此时，可确定机器人的多关节机械单元存在实体的多关节机械单元的结构，（例如，机器人的多关节机械单元为实际的的腿部结构。）进而，可确定多关节机械单元的地面碰撞力和机器人的当前仿真状态信息，不需要再仿真单元中进行设置机器人的多关节机械单元的重力等。

可选的，由于多关节机械单元为机器人的至少一个多关节机械结构，此时，在对机器人进行运动仿真控制时，该至少一个多关节机械结构能够在完成目标运动控制指令是啥，实现多关节机械单元的重力、运动惯性力、科氏力等外部环境力，但由于机器人没有真正的在地面进行该运动，则还需要模拟出该多关节机械单元在实现该目标运动控制指令时发生的地面碰撞力，即此时的外部环境力信息包括地面碰撞力。

其中，伺服系统（servomechanism）又称随动系统，是用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。伺服系统使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值）的任意变化的自动控制系统。在本实施例中，该伺服系统为多维力传感器组成的力控闭环系统，可选的，该多维力传感器可以是三维力传感器，也可以是六维力传感器，可根据实际需要来设置。可选的，该伺服系统也称为三维力伺服系统或六维力伺服系统。

步骤450，所述负载控制单元用于接收所述当前仿真状态信息和所述外部环境力信息，并获取所述多关节机械单元的第一动力系统状态信息或者所述机器人控制器的第二动力系统状态信息。

步骤460，所述负载控制单元用于根据所述当前仿真状态信息、所述外部环境力信息、所述第一动力系统状态信息或所述第二动力系统状态信息，确定负载控制指令，并将所述负载控制指令发送至所述负载单元。

作为一种方式，负载控制单元可根据机器人的当前仿真状态信息、外部环境力信息和第一动力系统状态信息或第二动力系统状态信息，在负载控制单元预先设置的动力学模型中计算出多关节机械单元实际所需要的外部环境作用力，并根据该外部环境作用力生成负载指令，然后将该负载指令发送至负载单元。

步骤470，所述负载单元用于根据所述负载控制指令模拟出所述地面碰撞力并加载至所述多关节机械单元。

作为一种方式，负载单元可根据负载指令所指示的外部环境作用力施加于多关节机械单元上，以此实现对机器人的仿真运动控制，使得多关节机械单元达到或接近目标仿真状态信息对应的目标运动状态。其中，外部环境作用力可以是例如四足机器人在运动过程中的单腿落地冲击力、外部扰动力（对四足机器人侧踹一下对应的力）等。

其中，步骤410-步骤430和步骤450的具体步骤描述可参阅步骤210-步骤230和步骤250，在此不再进行赘述

在本实施例中，在负载单元包括与机器人的本体上的至少一个关节电机相适配的至少一个负载电机或伺服系统中的至少一个力传感器，仿真单元将发送机器人的当前仿真状态信息和外部环境力信息至负载控制单元，以使负载控制单元能够根据接收所述当前仿真状态信息和外部环境力信息、所述第一动力系统状态信息或所述第二动力系统状态信息确定指示了机器人的多关节机械单元的外部环境力的负载控制指令，进而负载单元能够根据该负载指令模拟并加载该外部环境力至多关节机械单元，以使多关节机械单元的实际状态达到或接近机器人的当前仿真状态，以此在机器人的多关节机械单元具有实体结构的情况进行多关节机械单元运动控制仿真，能够实现不落地情况下机器人的多场景、多任务模拟。

图6是根据本申请一实施例示出的机器人的结构框图。如图6所示，本申请中的动力模组负载仿真模块可以包括：负载控制单元510；负载单元520，负载控制单元与负载单元电连接，其中负载控制单元中包括数据处理硬件和与所述数据处理硬件通信的存储器硬件，所述存储器硬件存储指令，当在所述数据处理硬件上执行时，所述指令使得所述数据处理硬件执行上述任一实施例中的方法对应的操作。

数据处理器硬件可以包括一个或者多个处理核。数据处理器硬件利用各种接口和线路连接整个机器人内的各个部分，通过运行或执行存储在存储器硬件内的指令、程序、代码集或指令集，以及调用存储在存储器硬件内的数据，执行机器人的各种功能和处理数据。可选地，数据处理硬件可以采用数字信号处理（Digital Signal Processing，DSP）、现场可编程门阵列（Field－Programmable Gate Array，FPGA）、可编程逻辑阵列（ProgrammableLogic Array，PLA）中的至少一种硬件形式来实现。数据处理硬件可集成中央处理器（Central Processing Unit，CPU）、图形处理器（Graphics Processing Unit，GPU）和调制解调器等中的一种或几种的组合。其中，CPU主要处理操作系统、用户界面和应用程序等；GPU用于负责显示内容的渲染和绘制；调制解调器用于处理无线通信。可以理解的是，上述调制解调器也可以不集成到数据处理硬件中，单独通过一块通信芯片进行实现。

存储器硬件可以包括随机存储器（Random Access Memory，RAM），也可以包括只读存储器（Read-Only Memory）。存储器硬件可用于存储指令、程序、代码、代码集或指令集。存储器硬件可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储用于实现操作系统的指令、用于实现至少一个功能的指令（比如触控功能、报警功能等）、用于实现下述各个方法实施例的指令等。存储数据区还可以存储机器人在使用中所创建的数据（比如伪装的响应命令、获取的进程状态）等。

计算机可读存储介质可以是诸如闪存、EEPROM（电可擦除可编程只读存储器）、EPROM、硬盘或者ROM之类的电子存储器。可选地，计算机可读存储介质包括非易失性计算机可读介质（non-transitory computer-readable storage medium）。计算机可读存储介质具有执行上述方法中的任何方法步骤的计算机可读指令的存储空间。这些计算机可读指令可以从一个或者多个计算机程序产品中读出或者写入到这一个或者多个计算机程序产品中。计算机可读指令可以例如以适当形式进行压缩。

根据本申请实施例的一个方面，提供了计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存储介质中。计算机设备的处理器从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行上述任一实施例中的方法。

应当注意，尽管在上文详细描述中提及了用于动作执行的设备的若干模块或者单元，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本申请的实施方式，上文描述的两个或更多模块或者单元的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之，上文描述的一个模块或者单元的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体化。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施方式可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此，根据本申请实施方式的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质（可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等）中或网络上，包括若干指令以使得一台计算设备（可以是个人计算机、服务器、触控终端、或者网络设备等）执行根据本申请实施方式的方法。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的实施方式后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种机器人仿真运动控制系统，其特征在于，所述机器人仿真运动控制系统包括机器人控制器、多关节机械单元、仿真单元、负载控制单元以及负载单元，其中：

所述仿真单元用于发送机器人的当前仿真状态信息和/或外部环境力信息至所述机器人控制器；

所述机器人控制器用于根据所述机器人的当前仿真状态信息确定所述多关节机械单元的目标运动控制指令，并将所述目标运动控制指令发送至所述多关节机械单元和所述仿真单元；

所述多关节机械单元用于执行所接收的所述目标运动控制指令；

所述仿真单元用于将机器人的当前仿真状态信息和/或所述外部环境力信息发送给所述负载控制单元；

所述负载控制单元用于接收所述机器人的当前仿真状态信息和/或所述外部环境力信息，并获取所述多关节机械单元的第一动力系统状态信息或者所述机器人控制器的第二动力系统状态信息，其中，所述第一动力系统状态信息为所述多关节机械单元的实际信息，所述第二动力系统状态信息为所述机器人控制器的目标信息；

所述负载控制单元用于根据机器人的当前仿真状态信息和/或所述外部环境力信息、所述第一动力系统状态信息或第二动力系统状态信息，确定负载控制指令，并将所述负载控制指令发送至所述负载单元；

所述负载单元用于根据所述负载控制指令模拟出外部环境力，并加载至所述多关节机械单元。

2.根据权利要求1所述的机器人仿真运动控制系统，其特征在于，若所述多关节机械单元为至少一个关节动力模组，所述负载单元包括至少一个负载电机，所述至少一个关节动力模组和所述至少一个负载电机对拖设置，所述仿真单元用于将机器人的当前仿真状态信息和所述外部环境力信息发送至所述负载控制单元，所述外部环境力信息至少包括腿部结构的重力、运动惯性力、科式力、地面碰撞力；所述负载控制单元用于接收所述机器人的当前仿真状态信息和所述外部环境力信息，并获取所述多关节机械单元的第一动力系统状态信息或者所述机器人控制器的第二动力系统状态信息；所述负载控制单元用于根据所述机器人的当前仿真状态信息、所述外部环境力信息、所述第一动力系统状态信息或所述第二动力系统状态信息，确定所述负载控制指令，并将所述负载控制指令发送至所述负载单元；所述负载单元用于根据所述负载控制指令模拟出所述重力、所述运动惯性力、所述科式力和所述地面碰撞力并加载至所述多关节机械单元。

3.根据权利要求1所述的机器人仿真运动控制系统，其特征在于，若所述多关节机械单元为机器人的至少一个多关节机械结构，所述负载单元包括与所述多关节机械结构上的至少一个关节电机相适配的至少一个负载电机，或所述负载单元包括与所述多关节机械结构相适配的伺服系统，其中，所述伺服系统为包含多维力传感器的力控闭环系统；所述仿真单元用于将所述当前仿真状态信息和所述外部环境力信息发送至所述负载控制单元，所述外部环境力信息包括地面碰撞力；所述负载控制单元用于接收所述当前仿真状态信息和所述外部环境力信息，并获取所述多关节机械单元的第一动力系统状态信息或者所述机器人控制器的第二动力系统状态信息；所述负载控制单元用于根据所述当前仿真状态信息、所述外部环境力信息、所述第一动力系统状态信息或所述第二动力系统状态信息，确定负载控制指令，并将所述负载控制指令发送至所述负载单元；所述负载单元用于根据所述负载控制指令模拟出所述地面碰撞力并加载至所述多关节机械单元。

4.根据权利要求1所述的机器人仿真运动控制系统，其特征在于，所述机器人控制器还用于接收控制指令，并将所述控制指令发送至所述多关节机械单元和/或所述仿真单元，所述控制指令为与所述机器人控制器通信连接的外部控制器所发送的指令。

5.根据权利要求1-4任一项所述的机器人仿真运动控制系统，其特征在于，还包括上位机单元，所述上位机单元用于获取所述第一动力系统状态信息和所述第二动力系统状态信息以及获取所述机器人控制器发送的目标运动控制指令；

所述上位机单元用于根据所述第一动力系统状态信息和所述第二动力系统状态信息以及所述目标运动控制指令，生成并显示所述机器人的实际运动状态与所述目标运动状态的数据图。

6.根据权利要求5所述的机器人仿真运动控制系统，其特征在于，所述上位机单元还用于获取所述机器人控制器发送的所述目标运动控制指令和所述仿真平台发送的仿真参数；所述上位机单元用于根据所述目标运动控制指令或所述仿真参数对所述机器人的运动状态进行调整。

7.根据权利要求6所述的仿真运动控制系统，其特征在于，在所述负载单元根据所述负载控制指令模拟出所述机器人的各关节的重力、运动惯性力、科式力和/或外部环境作用力，并加载至所述多关节机械单元时，所述上位机单元还用于获取所述多关节机械单元的第一性能状态信息和/或所述负载单元的第二性能状态信息；所述上位机单元根据所述第一性能状态信息和/或所述第二性能状态信息进行异常分析，并在监测到异常数据后上报异常分析结果。

8.一种机器人仿真运动控制方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1-7所述的机器人仿真运动控制系统，所述机器人仿真运动控制系统包括机器人控制器、多关节机械单元、仿真单元、负载控制单元以及负载单元，所述方法包括：

所述仿真单元发送机器人的当前仿真状态信息和/或外部环境力信息至所述机器人控制器；

所述机器人控制器根据所述机器人的当前仿真状态信息确定所述多关节机械单元的目标运动控制指令，并将所述目标运动控制指令发送给所述多关节机械单元和所述仿真单元；

所述多关节机械单元执行所接收的所述目标运动控制指令；

所述仿真单元将机器人当前仿真状态信息和/或所述外部环境力信息发送给负载控制单元；

所述负载控制单元接收所述机器人当前仿真状态信息和/或所述外部环境力信息，并获取所述多关节机械单元的第一动力系统状态信息或者所述机器人控制器的第二动力系统状态信息，其中，所述第一动力系统状态信息为所述多关节机械单元的实际信息，所述第二动力系统状态信息为所述机器人控制器的目标信息；

所述负载控制单元根据机器人当前仿真状态信息和/或所述外部环境力信息、所述第一动力系统状态信息或第二动力系统状态信息，确定负载控制指令，并将所述负载控制指令发送至所述负载单元；

所述负载单元根据所述负载控制指令模拟出所述机器人的外部环境力，并加载至所述多关节机械单元，其中，若所述多关节机械单元为至少一个关节动力模组，则所述外部环境力至少包括腿部结构的重力、运动惯性力、科式力、地面碰撞力；若所述多关节机械单元为机器人的至少一个多关节机械结构，则所述外部环境力包括地面碰撞力。

9.一种机器人仿真运动控制方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1-7所述的负载控制单元和负载单元，所述方法包括：

所述负载控制单元接收的所述机器人当前仿真状态信息和/或所述外部环境力信息，并获取所述多关节机械单元的第一动力系统状态信息或者所述机器人控制器的第二动力系统状态信息，其中，所述第一动力系统状态信息为所述多关节机械单元的实际信息，所述第二动力系统状态信息为所述机器人控制器的目标信息，所述仿真单元发送机器人的当前仿真状态信息和/或外部环境力信息至所述机器人控制器；所述机器人控制器根据所述机器人的当前仿真状态信息确定所述多关节机械单元的目标运动控制指令，并将所述目标运动控制指令发送至所述多关节机械单元和所述仿真单元；所述多关节机械单元执行所接收的所述目标运动控制指令；所述仿真单元用于将机器人当前仿真状态信息和/或所述外部环境力信息发送给所述负载控制单元；

所述负载控制单元根据机器人当前仿真状态信息和/或所述外部环境力信息、所述第一动力系统状态信息或第二动力系统状态信息，确定负载控制指令，并将所述负载控制指令发送至所述负载单元；

所述负载单元接收所述负载控制指令，并根据所述负载控制指令模拟出所述仿真机器人的外部环境力，并加载至所述多关节机械单元。

10.一种动力模组负载仿真模块，其特征在于，所述动力模组负载仿真模块包括负载控制单元和负载单元：

所述负载控制单元接收机器人当前仿真状态信息和/或所述外部环境力信息，并获取所述多关节机械单元的第一动力系统状态信息或者所述机器人控制器的第二动力系统状态信息，其中，所述第一动力系统状态信息为所述多关节机械单元的实际信息，所述第二动力系统状态信息为所述机器人控制器的目标信息，所述仿真单元发送机器人的当前仿真状态信息和/或外部环境力信息至所述机器人控制器；所述机器人控制器根据所述机器人的当前仿真状态信息确定所述多关节机械单元的目标运动控制指令，并将所述目标运动控制指令发送至所述多关节机械单元和所述仿真单元；所述多关节机械单元执行所接收的所述目标运动控制指令；所述仿真单元用于将机器人当前仿真状态信息和/或所述外部环境力信息发送给所述负载控制单元；

所述负载控制单元根据机器人当前仿真状态信息和/或所述外部环境力信息、所述第一动力系统状态信息或第二动力系统状态信息，确定负载控制指令，并将所述负载控制指令发送至所述负载单元；

所述负载单元接收所述负载控制指令，并根据所述负载控制指令模拟出所仿真述机器人的外部环境力，并加载至所述多关节机械单元。

Images