CN117182930A - 基于数字孪生的四轴机械臂绑定方法、系统、设备及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于数字孪生的四轴机械臂绑定方法、系统、设备及介质，属于数字孪生技术领域，方法包括以下步骤：S1、构建一个以机械臂底座旋转轴模型中心点坐标为原点的新的空间体系，在所述新的空间体系内创建控制器和相应的模型组；S2、按照机械臂旋转轴的位置创建相对应的骨骼并进行ik控制器制作；S3、将控制器与模型组分别放置到相应的空间位置；S4、将机械臂模型整理到相应的模型组中，使用骨骼控制相关模型组；S5、通过设定使控制器对骨骼产生控制。本发明实现了一个机械臂控制器同时控制机械臂的旋转与位移，一方面使机械臂能够快速精准的到达空间任意点位置，另一方面使得四轴机械臂的动画绑定过程更加便捷高效。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于数字孪生的四轴机械臂绑定方法、系统、设备及介质，属于数字孪生技术领域。
背景技术
四轴机械臂是一种具有高精度和高灵活性的工业机器人，可以代替人工完成繁重、危险或高精度的任务，例如焊接、装配、喷涂等，提高生产效率和产品质量。
在数字孪生领域，为了实现机械臂的动画操作效果，需要采用绑定方法将四轴机械臂的各部分结构整合起来以便进行机械臂的运动模拟，传统的四轴机械臂的绑定方式仅是通过旋转机械臂控制器去控制机械臂的旋转，位移控制器控制机械臂末端在平面内位移的方法去完成机械臂动画，其控制方法复杂，不易操控，因此很难快速精准的到达机械臂臂长范围内三维空间中任意点位置。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种基于数字孪生的四轴机械臂绑定方法、系统、设备及介质，使得四轴机械臂的动画绑定过程更加便捷高效，保证机械臂能够快速精准的到达机械臂臂长范围内三维空间的任意点位置。
本发明解决其技术问题采取的技术方案是：
第一方面，本发明提供一种基于数字孪生的四轴机械臂绑定方法，包括以下步骤：
S1、构建一个以机械臂底座旋转轴模型中心点坐标为原点的新的空间体系，在所述新的空间体系内创建控制器和相应的模型组；
S2、按照机械臂旋转轴的位置创建相对应的骨骼并进行ik控制器制作；
S3、将所述控制器与模型组分别放置到相应的空间位置；
S4、将机械臂模型整理到相应的模型组中，使用骨骼控制相关模型组；
S5、通过设定使控制器对骨骼产生控制。
进一步地，所述S1具体包括：
S11、创建一个机械臂空组Group_Jxb，选中机械臂底座旋转轴模型创建簇点c_Dizuo，将所述簇点c_Dizuo与所述机械臂空组Group_Jxb进行不保持偏移的父子约束并删除此父子约束方式，使所述机械臂空组Group_Jxb获取到所述机械臂底座旋转轴模型的中心点坐标；在所述机械臂空组Group_Jxb内分别创建控制器组con_grp和模型组mo_grp；
S12、在所述控制器组con_grp内分别创建机械臂控制器组Jxb_ctl_grp、机械臂底座旋转代理控制器组Jxb_rot_clt_grp和机械臂控制器映射代理控制器Jxb_move_ctl；其中，
所述机械臂控制器组Jxb_ctl_grp内创建用以控制机械臂整体运动的机械臂控制器Jxb_ctl；
所述机械臂底座旋转代理控制器组Jxb_rot_clt_grp内创建机械臂底座旋转代理控制器Jxb_rot_clt以协助控制机械臂旋转；所述机械臂底座旋转代理控制器Jxb_rot_clt内创建机械臂末端旋转控制器组Jxb_Moduan_rot_ctl_grp，所述机械臂末端旋转控制器组Jxb_Moduan_rot_ctl_grp内创建机械臂末端旋转控制器Jxb_Moduan_rot_ctl以控制机械臂末端旋转；
所述机械臂控制器映射代理控制器Jxb_move_ctl用以在机械臂旋转控制器的平面内映射所述机械臂控制器Jxb_ctl的实时位置；
S13、在所述模型组mo_grp内分别创建机械臂基座模型组Dizuo_rot_mo_grp、机械臂底座模型组Dizuo_mo_grp、机械臂大臂模型组Dabi _mo_grp、机械臂小臂模型组Xiaobi_mo_grp和机械臂末端模型组Moduan_mo_grp。
进一步地，所述S2具体包括：
S21、在所述机械臂空组Group_Jxb内创建骨骼组joint_grp，在所述骨骼组joint_grp内分别创建：机械臂底座旋转骨骼Joint_Dizuo_rot、机械臂大臂骨骼Joint_Dabi、机械臂小臂骨骼Joint_Xiaobi和机械臂末端骨骼Joint_Moduan；
将创建的簇点c_Dizuo与所述机械臂底座旋转骨骼Joint_Dizuo_rot进行不保持偏移的父子约束并删除此父子约束方式，使所述机械臂底座旋转骨骼Joint_Dizuo_rot获取到所述机械臂底座旋转轴模型的中心点坐标；
选中机械臂大臂旋转轴模型创建簇点c_Dabi，将所述簇点c_Dabi与所述机械臂大臂骨骼Joint_Dabi进行不保持偏移的父子约束并删除此父子约束方式，使所述机械臂大臂骨骼Joint_Dabi获取到机械臂大臂旋转轴的中心点坐标；
选中机械臂小臂旋转轴模型创建簇点c_Xiaobi,将所述簇点c_Xiaobi与所述机械臂小臂骨骼Joint_Xiaobi进行不保持偏移的父子约束并删除此父子约束的方式，使所述机械臂小臂骨骼Joint_Xiaobi获取到机械臂小臂旋转轴的中心点坐标；
选中机械臂末端旋转轴模型创建簇点c_Moduan，将所述簇点c_Moduan与所述机械臂末端骨骼Joint_Moduan进行不保持偏移的父子约束并删除此父子约束的方式，使所述机械臂末端骨骼Joint_Moduan获取到机械臂末端旋转轴的中心点坐标；
将所述机械臂底座旋转骨骼Joint_Dizuo_rot的z轴坐标值分别赋值给机械臂大臂骨骼Joint_Dabi、机械臂小臂骨骼Joint_Xiaobi和机械臂末端骨骼Joint_Moduan的z轴坐标；以使所述机械臂底座旋转骨骼Joint_Dizuo_rot、机械臂大臂骨骼Joint_Dabi、机械臂小臂骨骼Joint_Xiaobi和机械臂末端骨骼Joint_Moduan能够处于一个垂直于机械臂底座旋转平面的平面内，以便后续进行ik控制器制作；
S22、将机械臂末端骨骼Joint_Moduan作为机械臂小臂骨骼Joint_Xiaobi的子物体，将机械臂小臂骨骼Joint_Xiaobi作为机械臂大臂骨骼Joint_Dabi的子物体，将机械臂大臂骨骼Joint_Dabi作为机械臂底座旋转骨骼Joint_Dizuo_rot的子物体，最终形成一个机械臂底座旋转骨骼Joint_Dizuo_rot -机械臂大臂骨骼Joint_Dabi -机械臂小臂骨骼Joint_Xiaobi-机械臂末端骨骼Joint_Moduan的骨骼链；
选择所述骨骼链中的所有骨骼，使所有骨骼方向均指向各自上一级的骨骼方向；
选择机械臂大臂骨骼Joint_Dabi与机械臂末端骨骼Joint_Moduan创建ik控制器；创建ik极向量控制器loc_Jxb，选择极向量控制器loc_Jxb与ik控制器创建极向量约束；
S23、清理簇点c_Dizuo、c_Dabi、c_Xiaobi、c_Moduan。
进一步地，所述S3具体包括：
S31、将机械臂底座旋转骨骼Joint_Dizuo_rot 分别与机械臂底座旋转代理控制器组Jxb_rot_clt_grp和机械臂底座模型组Dizuo_mo_grp进行不保持偏移的父子约束并删除此父子约束方式，使机械臂底座旋转代理控制器组Jxb_rot_clt_grp和机械臂底座模型组Dizuo_mo_grp获取到机械臂底座旋转骨骼Joint_Dizuo_rot的位置坐标；
S32、将机械臂大臂骨骼Joint_Dabi与机械臂大臂模型组Dabi _mo_grp进行不保持偏移的父子约束并删除此父子约束方式，使机械臂大臂模型组Dabi_mo_grp获取到机械臂大臂骨骼Joint_Dabi的位置坐标；
S33、将机械臂小臂骨骼Joint_Xiaobi与机械臂小臂模型组Xiaobi_mo_grp进行不保持偏移的父子约束并删除此父子约束方式，使机械臂小臂模型组Xiaobi_mo_grp获取到机械臂小臂骨骼Joint_Xiaobi的位置坐标；
S34、将机械臂末端骨骼Joint_Moduan分别与机械臂控制器组Jxb_ctl_grp、机械臂末端旋转控制器组Jxb_Moduan_rot_ctl_grp和机械臂末端模型组Moduan_mo_grp进行不保持偏移的父子约束并删除此父子约束方式，使机械臂控制器组Jxb_ctl_grp、机械臂末端旋转控制器组Jxb_Moduan_rot_ctl_grp和机械臂末端模型组Moduan_mo_grp获取到械臂末端骨骼Joint_Moduan的位置坐标;
S35、将机械臂控制器Jxb_ctl与机械臂控制器映射代理控制器Jxb_move_ctl进行x轴与z轴的不保持偏移的父子约束并删除此父子约束方式，使机械臂控制器映射代理控制器Jxb_move_ctl的x轴与z轴获取到机械臂控制器Jxb_ctl的x轴与z轴的坐标。
进一步地，所述S4具体包括：
S41、将机械臂底座相关模型、机械臂大臂相关模型、机械臂小臂相关模型和机械臂末端相关模型分别放入到机械臂底座模型组Dizuo_mo_grp、机械臂大臂模型组Dabi _mo_grp 、机械臂小臂模型组Xiaobi _mo_grp和机械臂末端模型组Moduan_mo_grp 中；
S42、将机械臂底座旋转骨骼Joint_Dizuo_rot与机械臂底座模型组Dizuo_rot_mo_grp进行保持偏移的父子约束；将机械臂大臂骨骼Joint_Dabi与机械臂大臂模型组Dabi_mo_grp进行保持偏移的父子约束；将机械臂小臂骨骼Joint_Xiaobi与机械臂小臂模型组Xiaobi _mo_grp进行保持偏移的父子约束。
进一步地，所述S5具体包括：
S51、将ik控制器放入机械臂控制器Jxb_ctl中，使得机械臂大臂骨骼Joint_Dabi、机械臂小臂骨骼 Joint_Xiaobi、机械臂末端骨骼Joint_Moduan可以跟随机械臂控制器Jxb_ctl运动产生相应的运动；
S52、将机械臂底座旋转代理控制器Jxb_rot_clt与机械臂底座旋转骨骼Joint_Dizuo_rot进行保持偏移的父子约束，使机械臂底座旋转代理控制器Jxb_rot_clt对机械臂底座旋转骨骼Joint_Dizuo_rot产生控制；
S53、使用机械臂控制器Jxb_ctl对机械臂控制器映射代理控制器Jxb_move_ctl进行x轴与z轴的不保持偏移的点约束，使机械臂控制器映射代理控制器Jxb_move_ctl在机械臂旋转控制器的平面内对机械臂控制器Jxb_ctl的实时位置产生映射；
S54、将机械臂末端旋转控制器Jxb_Moduan_rot_ctl与机械臂末端模型组Moduan_mo_grp进行保持偏移的父子约束，完成机械臂末端旋转控制器Jxb_Moduan_rot_ctl对机械臂末端模型组Moduan_mo_grp的位置及旋转控制；将机械臂控制器Jxb_ctl对机械臂末端旋转控制器组Jxb_Moduan_rot_ctl_grp进行不保持偏移的点约束，完成机械臂控制器Jxb_ctl对机械臂末端旋转控制器组Jxb_Moduan_rot_ctl_grp的位置控制；
S55、通过atan2d函数使机械臂末端旋转控制器Jxb_Moduan_rot_ctl跟随机械臂控制器映射代理控制器Jxb_move_ctl的移动而产生相应的旋转；即Jxb_rot_ctl.rotateY= - atan2d(Jxb_move_ctl.translateZ,Jxb_move_ctl.translateX)；式中，Jxb_rot_ctl.rotateY代表机械臂底座旋转代理控制器Y轴旋转值，Jxb_move_ctl.translateZ表示机械臂控制器映射代理控制器Z 轴的平移，Jxb_move_ctl.translateX表示机械臂控制器映射代理控制器X 轴的平移；
将极向量控制器loc_Jxb放入到机械臂末端旋转控制器Jxb_Moduan_rot_ctl中，从而使机械臂模型能够在机械臂控制器Jxb_ctl的控制下，在空间中完成旋转与位移动作。
第二方面，本发明还提供了一种基于数字孪生的四轴机械臂绑定系统，包括：
空间体系创建模块，用以构建一个以机械臂底座旋转轴模型中心点坐标为原点的新的空间体系，在所述新的空间体系内创建控制器和相应的模型组；
骨骼创建及控制模块，用以按照机械臂旋转轴的位置创建相对应的骨骼并进行ik控制器制作；
放置模块，用以将所述控制器与模型组分别放置到相应的空间位置；
坐标获取模块，用以将机械臂模型整理到相应的模型组中，使用骨骼控制相关模型组；
控制执行模块，用以通过设定使控制器对骨骼产生控制。
第三方面，本发明提供一种计算机设备，包括处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当所述计算机设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述处理器执行所述机器可读指令，以执行时执行如上所述的基于数字孪生的四轴机械臂绑定方法的步骤。
第四方面，本发明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计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行如上所述的基于数字孪生的四轴机械臂绑定方法的步骤。
本发明的有益效果如下：
本发明将机械臂控制器在三维空间内的位置坐标通过去掉高度信息方式映射到机械臂旋转平面内的位置坐标，然后通过atan2d函数使机械臂旋转控制器跟随机械臂控制器在机械臂旋转平面内的映射的位置而产生转动，从而实现一个机械臂控制器同时控制机械臂的旋转与位移，进而方便实现三维空间内机械臂快速精准的到达机械臂臂长范围内三维空间中任意点位置。
此外，本发明方法所涉及到所有位置信息均是可以采集的，所以能够方便快速的形成绑定插件，可以将簇点定位转换成loc定位，根据制作步骤形成一套机械臂绑定插件，用于快速解决机械臂绑定问题，减轻了手动绑定机械臂带来的巨大工作量。
附图说明
图1是实施例一的基于数字孪生的四轴机械臂绑定方法的流程图；
图2是实施例二的基于数字孪生的四轴机械臂绑定系统结构图；
图3是实施例三的一种计算机设备的结构图；
图4是机械臂的各结构示意图；
图5是机械臂的各旋转轴位置示意图；
图6是机械臂各骨骼位置示意图，图中：10为机械臂底座旋转骨骼Joint_Dizuo_rot，11为机械臂大臂骨骼Joint_Dabi，12为机械臂小臂骨骼Joint_Xiaobi，13为机械臂末端骨骼Joint_Moduan；
图7是机械臂各控制器位置示意图图中：14为机械臂底座旋转代理控制器Jxb_rot_clt，15为机械臂控制器映射代理控制器Jxb_move_ctl，16为极向量控制器loc_Jxb，17为机械臂末端旋转控制器Jxb_Moduan_rot_ctl，18为机械臂控制器Jxb_ctl；
图8是机械臂绑定完成状态图。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例用以实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
实施例一
本实施例的四轴机械臂，如图4和图5所示，其结构包括沿机械臂基座1向上依序连接的机械臂底座2、机械臂大臂3、机械臂小臂4和机械臂末端5；其中所述机械臂底座2通过机械臂底座旋转轴6转动安装在所述机械臂基座1上，所述机械臂大臂3通过机械臂大臂旋转轴7活动连接在所述机械臂底座2上，所述机械臂小臂4通过机械臂小臂旋转轴8活动安装在所述机械臂大臂3上，所述机械臂末端5通过机械臂末端旋转轴9安装在所述机械臂小臂4上。
一种基于数字孪生的四轴机械臂绑定方法，其流程如图1所示，包括以下具体步骤：
S1、构建一个以机械臂底座旋转轴模型中心点坐标为原点的新的空间体系，在所述新的空间体系内创建控制器和相应的模型组；具体包括：
S11、创建以机械臂底座旋转轴模型中心点坐标为原点的新的空间体系
创建一个机械臂空组Group_Jxb，选中机械臂底座旋转轴模型创建簇点c_Dizuo,将所述簇点c_Dizuo与所述机械臂空组Group_Jxb进行不保持偏移的父子约束并删除此父子约束方式，使得所述机械臂空组Group_Jxb获取到所述机械臂底座旋转轴模型的中心点坐标；在所述机械臂空组Group_Jxb内分别创建控制器组con_grp和模型组mo_grp，至此构建出一个以机械臂底座旋转轴模型中心点坐标为原点的新的空间体系。
S12、创建控制器
在所述控制器组con_grp内创建机械臂控制器组Jxb_ctl_grp，在所述机械臂控制器组Jxb_ctl_grp内创建用以控制机械臂整体运动的机械臂控制器Jxb_ctl；
在所述控制器组con_grp内创建机械臂底座旋转代理控制器组Jxb_rot_clt_grp，在所述机械臂底座旋转代理控制器组Jxb_rot_clt_grp内创建用以协助控制机械臂旋转的机械臂底座旋转代理控制器Jxb_rot_clt；在所述机械臂底座旋转代理控制器Jxb_rot_clt内创建机械臂末端旋转控制器组Jxb_Moduan_rot_ctl_grp，在所述机械臂末端旋转控制器组Jxb_Moduan_rot_ctl_grp内创建用以控制机械臂末端旋转的机械臂末端旋转控制器Jxb_Moduan_rot_ctl；
在所述控制器组con_grp内创建机械臂控制器映射代理控制器Jxb_move_ctl，所述机械臂控制器映射代理控制器Jxb_move_ctl用以在机械臂旋转控制器的平面内映射机械臂控制器Jxb_ctl的实时位置。
S13、创建模型组
在所述模型组mo_grp内分别创建：用以存放机械臂基座相关模型的机械臂基座模型组Dizuo_rot_mo_grp、用以存放机械臂底座相关模型的机械臂底座模型组Dizuo_mo_grp、用以存放机械臂大臂相关模型的机械臂大臂模型组Dabi _mo_grp、用以存放机械臂小臂相关模型的机械臂小臂模型组Xiaobi_mo_grp，以及用以存放机械臂末端相关模型的机械臂末端模型组Moduan_mo_grp。
S2、按照机械臂旋转轴的位置创建相对应的骨骼并进行ik控制器制作；具体步骤包括：
S21、按照机械臂旋转轴的位置创建相对应的机械臂骨骼
在所述机械臂空组Group_Jxb内创建骨骼组joint_grp，如图6所示；
在所述骨骼组joint_grp内创建用以协助控制机械臂整体转动的机械臂底座旋转骨骼Joint_Dizuo_rot，将创建的所述簇点c_Dizuo与所述机械臂底座旋转骨骼Joint_Dizuo_rot进行不保持偏移的父子约束并删除此父子约束方式，使所述机械臂底座旋转骨骼Joint_Dizuo_rot获取到所述机械臂底座旋转轴模型的中心点坐标；
在所述骨骼组joint_grp内创建用以控制机械臂大臂旋转的机械臂大臂骨骼Joint_Dabi,选中机械臂大臂旋转轴模型创建簇点c_Dabi，将所述簇点c_Dabi与所述机械臂大臂骨骼Joint_Dabi进行不保持偏移的父子约束并删除此父子约束方式，使所述机械臂大臂骨骼Joint_Dabi获取到机械臂大臂旋转轴的中心点坐标；
在骨骼组joint_grp内创建用以控制机械臂小臂旋转的机械臂小臂骨骼Joint_Xiaobi,选中机械臂小臂旋转轴模型创建簇点c_Xiaobi,将所述簇点c_Xiaobi与所述机械臂小臂骨骼Joint_Xiaobi进行不保持偏移的父子约束并删除此父子约束的方式，使所述机械臂小臂骨骼Joint_Xiaobi获取到机械臂小臂旋转轴的中心点坐标；
在骨骼组joint_grp内创建用以控制机械臂末端旋转的机械臂末端骨骼Joint_Moduan,选中机械臂末端旋转轴模型创建簇点c_Moduan，将所述簇点c_Moduan与所述机械臂末端骨骼Joint_Moduan进行不保持偏移的父子约束并删除此父子约束的方式，使所述机械臂末端骨骼Joint_Moduan获取到机械臂末端旋转轴的中心点坐标；
将所述机械臂底座旋转骨骼Joint_Dizuo_rot的z轴坐标值分别赋值给所述机械臂大臂骨骼Joint_Dabi、所述机械臂小臂骨骼Joint_Xiaobi和所述机械臂末端骨骼Joint_Moduan的z轴坐标。从而使所述机械臂底座旋转骨骼Joint_Dizuo_rot、所述机械臂大臂骨骼Joint_Dabi、所述机械臂小臂骨骼Joint_Xiaobi和所述机械臂末端骨骼Joint_Moduan处于一个垂直于机械臂底座旋转平面的平面内，方便后续进行ik控制器制作；
S22、ik控制器制作
将所述机械臂末端骨骼Joint_Moduan作为所述机械臂小臂骨骼Joint_Xiaobi的子物体，将所述机械臂小臂骨骼Joint_Xiaobi作为所述机械臂大臂骨骼Joint_Dabi的子物体，将所述机械臂大臂骨骼Joint_Dabi作为所述机械臂底座旋转骨骼Joint_Dizuo_rot的子物体，最终形成一个机械臂底座旋转骨骼Joint_Dizuo_rot -机械臂大臂骨骼Joint_Dabi -机械臂小臂骨骼Joint_Xiaobi-机械臂末端骨骼Joint_Moduan的骨骼链。选择所述骨骼链中的所有骨骼进行确定骨骼方向的操作，使得所有骨骼方向均指向各自上一级骨骼的方向。选择所述机械臂大臂骨骼Joint_Dabi与所述机械臂末端骨骼Joint_Moduan创建ik控制器，创建ik极向量控制器loc_Jxb并创建其与ik控制器的极向量约束；
S23、清理簇点c_Dizuo、c_Dabi、c_Xiaobi、c_Moduan。
S3、将所述控制器与模型组分别放置到相应的空间位置，如图7所示；包括以下具体步骤：
S31、将所述机械臂底座旋转骨骼Joint_Dizuo_rot 分别与所述机械臂底座旋转代理控制器组Jxb_rot_clt_grp、所述机械臂底座模型组Dizuo_mo_grp进行不保持偏移的父子约束并删除此父子约束方式，使所述机械臂底座旋转代理控制器组Jxb_rot_clt_grp和机械臂底座模型组Dizuo_mo_grp获取到所述机械臂底座旋转骨骼Joint_Dizuo_rot的位置坐标；
S32、将所述机械臂大臂骨骼Joint_Dabi与所述机械臂大臂模型组Dabi _mo_grp进行不保持偏移的父子约束并删除此父子约束方式，使所述机械臂大臂模型组Dabi _mo_grp获取到所述机械臂大臂骨骼Joint_Dabi的位置坐标；
S33、将所述机械臂小臂骨骼Joint_Xiaobi与所述机械臂小臂模型组Xiaobi_mo_grp进行不保持偏移的父子约束并删除此父子约束方式，使所述机械臂小臂模型组Xiaobi_mo_grp获取到所述机械臂小臂骨骼Joint_Xiaobi的位置坐标；
S34、将所述机械臂末端骨骼Joint_Moduan分别与所述机械臂控制器组Jxb_ctl_grp、所述机械臂末端旋转控制器组Jxb_Moduan_rot_ctl_grp和所述机械臂末端模型组Moduan_mo_grp进行不保持偏移的父子约束并删除此父子约束方式，使所述机械臂控制器组Jxb_ctl_grp、所述机械臂末端旋转控制器组Jxb_Moduan_rot_ctl_grp和所述机械臂末端模型组Moduan_mo_grp获取到所述机械臂末端骨骼Joint_Moduan的位置坐标;
S35、将所述机械臂控制器Jxb_ctl与所述机械臂控制器映射代理控制器Jxb_move_ctl进行x轴与z轴的不保持偏移的父子约束并删除此父子约束方式，使所述机械臂控制器映射代理控制器Jxb_move_ctl的x轴与z轴获取到所述机械臂控制器Jxb_ctl的x轴与z轴的坐标。
S4、将机械臂模型整理到相应的模型组中，使用骨骼控制相关模型组；具体包括以下步骤：
S41、将机械臂模型整理到相应的模型组中
将机械臂底座相关模型放入机械臂底座模型组Dizuo_mo_grp中；将机械臂大臂相关模型放入机械臂大臂模型组Dabi _mo_grp 中；将机械臂小臂相关模型放入机械臂小臂模型组Xiaobi _mo_grp 中；将机械臂末端相关模型放入机械臂末端模型组Moduan_mo_grp中；
S42、通过父子约束使骨骼对相应的模型组产生控制
将机械臂底座旋转骨骼Joint_Dizuo_rot与机械臂底座模型组Dizuo_rot_mo_grp、进行保持偏移的父子约束；
将机械臂大臂骨骼Joint_Dabi与机械臂大臂模型组Dabi _mo_grp进行保持偏移的父子约束；
将机械臂小臂骨骼Joint_Xiaobi与机械臂小臂模型组Xiaobi _mo_grp进行保持偏移的父子约束。
S5、通过设定使控制器对骨骼产生控制；具体包括：
S51、将ik控制器放入机械臂控制器Jxb_ctl中，使得机械臂大臂骨骼Joint_Dabi、机械臂小臂骨骼 Joint_Xiaobi、机械臂末端骨骼Joint_Moduan可以跟随机械臂控制器Jxb_ctl运动产生相应的运动；
S52、将机械臂底座旋转代理控制器Jxb_rot_clt与机械臂底座旋转骨骼Joint_Dizuo_rot进行保持偏移的父子约束，使机械臂底座旋转代理控制器Jxb_rot_clt对机械臂底座旋转骨骼Joint_Dizuo_rot产生控制；
S53、使用机械臂控制器Jxb_ctl对机械臂控制器映射代理控制器Jxb_move_ctl进行x轴与z轴的不保持偏移的点约束，使机械臂控制器映射代理控制器Jxb_move_ctl在机械臂旋转控制器的平面内对机械臂控制器Jxb_ctl的实时位置产生映射；
S54、将机械臂末端旋转控制器Jxb_Moduan_rot_ctl与机械臂末端模型组Moduan_mo_grp进行保持偏移的父子约束，完成机械臂末端旋转控制器Jxb_Moduan_rot_ctl对机械臂末端模型组Moduan_mo_grp的位置及旋转控制；将机械臂控制器Jxb_ctl对机械臂末端旋转控制器组Jxb_Moduan_rot_ctl_grp进行不保持偏移的点约束，完成机械臂控制器Jxb_ctl对机械臂末端旋转控制器组Jxb_Moduan_rot_ctl_grp的位置控制；
S55、通过atan2d函数（作用指方位角）使机械臂末端旋转控制器Jxb_Moduan_rot_ctl跟随机械臂控制器映射代理控制器Jxb_move_ctl的移动而产生相应的旋转；即Jxb_rot_ctl.rotateY = - atan2d(Jxb_move_ctl.translateZ,Jxb_move_ctl.translateX)；
式中，Jxb_rot_ctl.rotateY代表机械臂底座旋转代理控制器Y轴旋转值，Jxb_move_ctl.translateZ表示机械臂控制器映射代理控制器Z 轴的平移，Jxb_move_ctl.translateX表示机械臂控制器映射代理控制器X 轴的平移；
将极向量控制器loc_Jxb放入到机械臂末端旋转控制器Jxb_Moduan_rot_ctl中，从而使机械臂模型能够在机械臂控制器Jxb_ctl的控制下，在空间中完成旋转与位移动作。
如图8所示，通过以上步骤完成了机械臂的全部绑定工作，将以上过程中簇点采集到点位置信息转换成loc定位点的位置信息，即可形成一套机械臂绑定插件。
实施例二
如图2所示，本实施例提供一种基于数字孪生的四轴机械臂绑定系统，包括：
空间体系创建模块，用以构建一个以机械臂底座旋转轴模型中心点坐标为原点的新的空间体系，在所述新的空间体系内创建控制器和相应的模型组；
骨骼创建及控制模块，用以按照机械臂旋转轴的位置创建相对应的骨骼并进行ik控制器制作；
放置模块，用以将控制器与模型组分别放置到相应的空间位置；
坐标获取模块，用以将机械臂模型整理到相应的模型组中，使用骨骼控制相关模型组；
控制执行模块，用以通过设定使控制器对骨骼产生控制。
实施例三
本实施例涉及一种计算机设备，其结构如图3所示，本实施例的一种计算机设备，包括处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当所述计算机设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述处理器执行所述机器可读指令，以执行时执行如上述任意基于数字孪生的四轴机械臂绑定方法步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于数字孪生的四轴机械臂绑定方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、构建一个以机械臂底座旋转轴模型中心点坐标为原点的新的空间体系，在所述新的空间体系内创建控制器和相应的模型组；
S2、按照机械臂旋转轴的位置创建相对应的骨骼并进行ik控制器制作；
S3、将所述控制器与模型组分别放置到相应的空间位置；
S4、将机械臂模型整理到相应的模型组中，使用骨骼控制相关模型组；
S5、通过设定使控制器对骨骼产生控制。
2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的四轴机械臂绑定方法，其特征在于，所述S1具体包括：
S11、创建一个机械臂空组Group_Jxb，选中机械臂底座旋转轴模型创建簇点c_Dizuo；将所述簇点c_Dizuo与所述机械臂空组Group_Jxb进行不保持偏移的父子约束并删除此父子约束方式，使得所述机械臂空组Group_Jxb获取到所述机械臂底座旋转轴模型中心点坐标；在所述机械臂空组Group_Jxb内分别创建控制器组con_grp和模型组mo_grp；
S12、在所述控制器组con_grp内分别创建机械臂控制器组Jxb_ctl_grp、机械臂底座旋转代理控制器组Jxb_rot_clt_grp和机械臂控制器映射代理控制器Jxb_move_ctl；其中，
所述机械臂控制器组Jxb_ctl_grp内创建用以控制机械臂整体运动的机械臂控制器Jxb_ctl；
所述机械臂底座旋转代理控制器组Jxb_rot_clt_grp内创建机械臂底座旋转代理控制器Jxb_rot_clt以协助控制机械臂旋转；所述机械臂底座旋转代理控制器Jxb_rot_clt内创建机械臂末端旋转控制器组Jxb_Moduan_rot_ctl_grp，所述机械臂末端旋转控制器组Jxb_Moduan_rot_ctl_grp内创建机械臂末端旋转控制器Jxb_Moduan_rot_ctl以控制机械臂末端旋转；
所述机械臂控制器映射代理控制器Jxb_move_ctl用以在机械臂旋转控制器的平面内映射所述机械臂控制器Jxb_ctl的实时位置；
S13、在所述模型组mo_grp内分别创建机械臂基座模型组Dizuo_rot_mo_grp、机械臂底座模型组Dizuo_mo_grp、机械臂大臂模型组Dabi _mo_grp、机械臂小臂模型组Xiaobi_mo_grp和机械臂末端模型组Moduan_mo_grp。
3.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的四轴机械臂绑定方法，其特征在于，所述S2具体包括：
S21、在所述机械臂空组Group_Jxb内创建骨骼组joint_grp，在所述骨骼组joint_grp内分别创建：机械臂底座旋转骨骼Joint_Dizuo_rot、机械臂大臂骨骼Joint_Dabi、机械臂小臂骨骼Joint_Xiaobi和机械臂末端骨骼Joint_Moduan；
将创建的簇点c_Dizuo与所述机械臂底座旋转骨骼Joint_Dizuo_rot进行不保持偏移的父子约束并删除此父子约束方式，使所述机械臂底座旋转骨骼Joint_Dizuo_rot获取到所述机械臂底座旋转轴模型的中心点坐标；
选中机械臂大臂旋转轴模型创建簇点c_Dabi，将所述簇点c_Dabi与所述机械臂大臂骨骼Joint_Dabi进行不保持偏移的父子约束并删除此父子约束方式，使所述机械臂大臂骨骼Joint_Dabi获取到机械臂大臂旋转轴的中心点坐标；
选中机械臂小臂旋转轴模型创建簇点c_Xiaobi,将所述簇点c_Xiaobi与所述机械臂小臂骨骼Joint_Xiaobi进行不保持偏移的父子约束并删除此父子约束的方式，使所述机械臂小臂骨骼Joint_Xiaobi获取到机械臂小臂旋转轴的中心点坐标；
选中机械臂末端旋转轴模型创建簇点c_Moduan，将所述簇点c_Moduan与所述机械臂末端骨骼Joint_Moduan进行不保持偏移的父子约束并删除此父子约束的方式，使所述机械臂末端骨骼Joint_Moduan获取到机械臂末端旋转轴的中心点坐标；
将所述机械臂底座旋转骨骼Joint_Dizuo_rot的z轴坐标值分别赋值给机械臂大臂骨骼Joint_Dabi、机械臂小臂骨骼Joint_Xiaobi和机械臂末端骨骼Joint_Moduan的z轴坐标；以使所述机械臂底座旋转骨骼Joint_Dizuo_rot、机械臂大臂骨骼Joint_Dabi、机械臂小臂骨骼Joint_Xiaobi和机械臂末端骨骼Joint_Moduan能够处于一个垂直于机械臂底座旋转平面的平面内，方便后续进行ik控制器制作；
S22、将机械臂末端骨骼Joint_Moduan作为机械臂小臂骨骼Joint_Xiaobi的子物体，将机械臂小臂骨骼Joint_Xiaobi作为机械臂大臂骨骼Joint_Dabi的子物体，将机械臂大臂骨骼Joint_Dabi作为机械臂底座旋转骨骼Joint_Dizuo_rot的子物体，最终形成一个机械臂底座旋转骨骼Joint_Dizuo_rot -机械臂大臂骨骼Joint_Dabi -机械臂小臂骨骼Joint_Xiaobi-机械臂末端骨骼Joint_Moduan的骨骼链；
选择所述骨骼链中的所有骨骼，使所有骨骼方向均指向各自上一级的骨骼方向；
选择机械臂大臂骨骼Joint_Dabi与机械臂末端骨骼Joint_Moduan创建ik控制器；创建ik极向量控制器loc_Jxb，选择极向量控制器loc_Jxb与ik控制器创建极向量约束；
S23、清理簇点c_Dizuo、c_Dabi、c_Xiaobi、c_Moduan。
4.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的四轴机械臂绑定方法，其特征在于，所述S3具体包括：
S31、将机械臂底座旋转骨骼Joint_Dizuo_rot 分别与机械臂底座旋转代理控制器组Jxb_rot_clt_grp和机械臂底座模型组Dizuo_mo_grp进行不保持偏移的父子约束并删除此父子约束方式，使机械臂底座旋转代理控制器组Jxb_rot_clt_grp和机械臂底座模型组Dizuo_mo_grp获取到机械臂底座旋转骨骼Joint_Dizuo_rot的位置坐标；
S32、将机械臂大臂骨骼Joint_Dabi与机械臂大臂模型组Dabi _mo_grp进行不保持偏移的父子约束并删除此父子约束方式，使机械臂大臂模型组Dabi _mo_grp获取到机械臂大臂骨骼Joint_Dabi的位置坐标；
S33、将机械臂小臂骨骼Joint_Xiaobi与机械臂小臂模型组Xiaobi_mo_grp进行不保持偏移的父子约束并删除此父子约束方式，使机械臂小臂模型组Xiaobi_mo_grp获取到机械臂小臂骨骼Joint_Xiaobi的位置坐标；
S34、将机械臂末端骨骼Joint_Moduan分别与机械臂控制器组Jxb_ctl_grp、机械臂末端旋转控制器组Jxb_Moduan_rot_ctl_grp和机械臂末端模型组Moduan_mo_grp进行不保持偏移的父子约束并删除此父子约束方式，使机械臂控制器组Jxb_ctl_grp、机械臂末端旋转控制器组Jxb_Moduan_rot_ctl_grp和机械臂末端模型组Moduan_mo_grp获取到械臂末端骨骼Joint_Moduan的位置坐标;
S35、将机械臂控制器Jxb_ctl与机械臂控制器映射代理控制器Jxb_move_ctl进行x轴与z轴的不保持偏移的父子约束并删除此父子约束方式，使机械臂控制器映射代理控制器Jxb_move_ctl的x轴与z轴获取到机械臂控制器Jxb_ctl的x轴与z轴的坐标。
5.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的四轴机械臂绑定方法，其特征在于，所述S4具体包括：
S41、将机械臂底座相关模型、机械臂大臂相关模型、机械臂小臂相关模型和机械臂末端相关模型分别放入到机械臂底座模型组Dizuo_mo_grp、机械臂大臂模型组Dabi _mo_grp、机械臂小臂模型组Xiaobi _mo_grp和机械臂末端模型组Moduan_mo_grp 中；
S42、将机械臂底座旋转骨骼Joint_Dizuo_rot与机械臂底座模型组Dizuo_rot_mo_grp进行保持偏移的父子约束；将机械臂大臂骨骼Joint_Dabi与机械臂大臂模型组Dabi _mo_grp进行保持偏移的父子约束；将机械臂小臂骨骼Joint_Xiaobi与机械臂小臂模型组Xiaobi _mo_grp进行保持偏移的父子约束。
6.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的四轴机械臂绑定方法，其特征在于，所述S5具体包括：
S51、将ik控制器放入机械臂控制器Jxb_ctl中，使得机械臂大臂骨骼Joint_Dabi、机械臂小臂骨骼 Joint_Xiaobi、机械臂末端骨骼Joint_Moduan可以跟随机械臂控制器Jxb_ctl运动产生相应的运动；
S52、将机械臂底座旋转代理控制器Jxb_rot_clt与机械臂底座旋转骨骼Joint_Dizuo_rot进行保持偏移的父子约束，使机械臂底座旋转代理控制器Jxb_rot_clt对机械臂底座旋转骨骼Joint_Dizuo_rot产生控制；
S53、使用机械臂控制器Jxb_ctl对机械臂控制器映射代理控制器Jxb_move_ctl 进行x轴与z轴的不保持偏移的点约束，使机械臂控制器映射代理控制器Jxb_move_ctl在机械臂旋转控制器的平面内对机械臂控制器Jxb_ctl的实时位置产生映射；
S54、将机械臂末端旋转控制器Jxb_Moduan_rot_ctl与机械臂末端模型组Moduan_mo_grp进行保持偏移的父子约束，完成机械臂末端旋转控制器Jxb_Moduan_rot_ctl对机械臂末端模型组Moduan_mo_grp的位置及旋转控制；将机械臂控制器Jxb_ctl对机械臂末端旋转控制器组Jxb_Moduan_rot_ctl_grp进行不保持偏移的点约束，完成机械臂控制器Jxb_ctl对机械臂末端旋转控制器组Jxb_Moduan_rot_ctl_grp的位置控制；
S55、通过atan2d函数使机械臂末端旋转控制器Jxb_Moduan_rot_ctl跟随机械臂控制器映射代理控制器Jxb_move_ctl的移动而产生相应的旋转；即Jxb_rot_ctl.rotateY = -atan2d(Jxb_move_ctl.translateZ,Jxb_move_ctl.translateX)；式中，Jxb_rot_ctl.rotateY代表机械臂底座旋转代理控制器Y轴旋转值，Jxb_move_ctl.translateZ表示机械臂控制器映射代理控制器Z 轴的平移，Jxb_move_ctl.translateX表示机械臂控制器映射代理控制器X 轴的平移；
将极向量控制器loc_Jxb放入到机械臂末端旋转控制器Jxb_Moduan_rot_ctl中，从而使机械臂模型能够在机械臂控制器Jxb_ctl的控制下，在空间中完成旋转与位移动作。
7.一种基于数字孪生的四轴机械臂绑定系统，其特征在于，包括：
空间体系创建模块，用以构建一个以机械臂底座旋转轴模型中心点坐标为原点的新的空间体系，在所述新的空间体系内创建控制器和相应的模型组；
骨骼创建及控制模块，用以按照机械臂旋转轴的位置创建相对应的骨骼并进行ik控制器制作；
放置模块，用以将所述控制器与模型组分别放置到相应的空间位置；
坐标获取模块，用以将机械臂模型整理到相应的模型组中，使用骨骼控制相关模型组；
控制执行模块，用以通过设定使控制器对骨骼产生控制。
8.一种计算机设备，其特征在于，包括：
存储器，用以存储计算机程序；
处理器，用以执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6任意一项所述基于数字孪生的四轴机械臂绑定方法的步骤。
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计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任意一项所述基于数字孪生的四轴机械臂绑定方法的步骤。
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