一種蛇形機(jī)器人仿真試驗(yàn)的聯(lián)合控制平臺(tái)的制作方法
【專利摘要】一種蛇形機(jī)器人仿真試驗(yàn)的聯(lián)合控制平臺(tái)，包括：第一步：根據(jù)蛇形機(jī)器人的樣機(jī)，利用UG軟件建立蛇形機(jī)器人的結(jié)構(gòu)模型；第二步，將UG軟件中建立的模型導(dǎo)入到Adams軟件的Adams/View模塊，建立蛇形機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)約束，達(dá)到Adams軟件的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真的設(shè)置要求；第三步，在Adams/View模塊中完成與Matlab軟件的輸入設(shè)置；第四步，根據(jù)蛇形機(jī)器人樣機(jī)的尺寸規(guī)格，在Matlab軟件中建立運(yùn)動(dòng)學(xué)方程和動(dòng)力學(xué)方程；第五步，將Matlab軟件解算的運(yùn)動(dòng)信息作為輸入信號(hào)，通過接口傳輸給Adams/View，同時(shí)通過無(wú)線模塊傳輸給蛇形機(jī)器人。本發(fā)明通過Adams、Matlab和蛇形機(jī)器人實(shí)體共同搭建一個(gè)仿真試驗(yàn)的聯(lián)合控制平臺(tái)，為研究蛇形機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)研究做出貢獻(xiàn)。
【專利說(shuō)明】一種蛇形機(jī)器人仿真試驗(yàn)的聯(lián)合控制平臺(tái)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)器人研發(fā)領(lǐng)域，尤其涉及一種蛇形機(jī)器人仿真試驗(yàn)的聯(lián)合控制平臺(tái)。
【背景技術(shù)】
[0002]蛇形機(jī)器人以其具有多步態(tài)、強(qiáng)適應(yīng)能力、強(qiáng)隱蔽性等特點(diǎn)，受到國(guó)內(nèi)外軍事、民用領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。由于蛇形機(jī)器人是一種具有多自由度、復(fù)雜運(yùn)動(dòng)特性的機(jī)械系統(tǒng)，其動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)的建模比較復(fù)雜，導(dǎo)致基于運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)理論的控制率與對(duì)蛇形機(jī)器人的實(shí)際控制率之間存在很大差異，從而造成在改進(jìn)蛇形機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型過程中，工作效率很低。經(jīng)對(duì)現(xiàn)有的關(guān)于蛇形機(jī)器人仿真方法和控制方法研究成果的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)主要存在兩種研究路線:一種是先建立蛇形機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型，然后進(jìn)行仿真驗(yàn)證模型的有效性；另一種先建立蛇形機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型，然后通過試驗(yàn)驗(yàn)證模型的有效性。可以看出，目前的方法均將仿真與試驗(yàn)分開進(jìn)行，并沒有實(shí)時(shí)利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)校正運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型，從而得到可信了模型參數(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供了一種蛇形機(jī)器人仿真試驗(yàn)的聯(lián)合控制平臺(tái)，解決蛇形機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制的仿真和試驗(yàn)有機(jī)結(jié)合問題。
[0004]該蛇形機(jī)器人仿真試驗(yàn)的聯(lián)合控制平臺(tái)由Matlab軟件、Adams軟件、集成紅外測(cè)距的蛇形機(jī)器人和試驗(yàn)場(chǎng)景等部分組成。
[0005]該蛇形機(jī)器人仿真試驗(yàn)的聯(lián)合控制平臺(tái)搭建過程包括以下步驟:
第一步:根據(jù)蛇形機(jī)器人的樣機(jī)，利用UG軟件建立蛇形機(jī)器人的結(jié)構(gòu)模型；第二步，將UG軟件中建立的模型導(dǎo)入到Adams軟件的Adams/View模塊，建立蛇形機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)約束，達(dá)到Adams軟件的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真的設(shè)置要求；第三步,在Adams/View模塊中完成與Matlab軟件的輸入設(shè)置；第四步，根據(jù)蛇形機(jī)器人樣機(jī)的尺寸規(guī)格，在Matlab軟件中建立運(yùn)動(dòng)學(xué)方程和動(dòng)力學(xué)方程；第五步，將Matlab軟件解算的運(yùn)動(dòng)信息作為輸入信號(hào)，通過接口傳輸給Adams/View,同時(shí)通過無(wú)線模塊傳輸給集成紅外測(cè)距傳感器的蛇形機(jī)器人。
[0006]進(jìn)一步的，通過所述UG軟件進(jìn)行蛇形機(jī)器人三維建模，包括骨架、舵機(jī)、從動(dòng)輪。
[0007]進(jìn)一步的,在所述Adams軟件的Adams/View模塊中，根據(jù)蛇形機(jī)器人各部件的相互運(yùn)動(dòng)關(guān)系，施加部件的約束、作用力、材料性能等關(guān)系，完成蛇形機(jī)器人的Adams/View模塊的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)建模。
[0008]進(jìn)一步的，在所述集成紅外測(cè)距傳感器的蛇形機(jī)器人，是在蛇形機(jī)器人的每個(gè)關(guān)節(jié)的兩側(cè)邊分別安裝紅外測(cè)距傳感器。
[0009]進(jìn)一步的，將所述Matlab軟件中解算的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的控制信息同時(shí)輸入給Adams/View模塊和蛇形機(jī)器人本體,控制Adams/View模塊中的蛇形機(jī)器人模型和在試驗(yàn)場(chǎng)景中的蛇形機(jī)器人本體同時(shí)運(yùn)動(dòng)。蛇形機(jī)器人通過自身集成的紅外測(cè)距傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量其與場(chǎng)景四周的距離，以及與場(chǎng)景中障礙之間的距離，通過無(wú)線傳輸模塊上傳到主控制平臺(tái)。主控制平臺(tái)通過將試驗(yàn)測(cè)量的運(yùn)動(dòng)信息與運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型中的運(yùn)動(dòng)信息進(jìn)行對(duì)t匕，來(lái)得到運(yùn)動(dòng)信息的差值，并利用該差值作為Matlab軟件中建立的蛇形機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型的輸入信息，以改進(jìn)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型的參數(shù)。
[0010]本發(fā)明通過由Adams和Matlab構(gòu)成的主控制平臺(tái)、集成紅外傳感器的蛇形機(jī)器人實(shí)體的硬件試驗(yàn)平臺(tái)和實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景共同搭建成一個(gè)仿真試驗(yàn)的聯(lián)合控制平臺(tái)，為研究蛇形機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)做出貢獻(xiàn)。
[0011]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明Matlab軟件、Adams軟件和蛇形機(jī)器人同時(shí)進(jìn)行，利用Matlab軟件解算的控制信息同時(shí)對(duì)Adams軟件的Adams/View模塊中的蛇形機(jī)器人模型和蛇形機(jī)器人本體進(jìn)行控制，可增加理論和試驗(yàn)對(duì)比性，有利于蛇形機(jī)器人運(yùn)行控制的研究。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本發(fā)明一種蛇形機(jī)器人仿真試驗(yàn)的聯(lián)合控制平臺(tái)的搭建示意圖。
[0013]圖2為蛇形機(jī)器人在試驗(yàn)場(chǎng)景中的測(cè)距示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面根據(jù)附圖1對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0015]一種蛇形機(jī)器人仿真試驗(yàn)的聯(lián)合控制平臺(tái)，包括以下步驟:
第一步:首先根據(jù)蛇形機(jī)器人的樣機(jī)，利用UG軟件完成蛇形機(jī)器人各關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并進(jìn)行組裝，建立蛇形機(jī)器人的結(jié)構(gòu)模型；第二步，將UG軟件中建立的模型保存為“x_t”格式，并導(dǎo)入到Adams軟件的Adams/View模塊。在Adams/View模塊中，根據(jù)蛇形機(jī)器人的各關(guān)節(jié)之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，施加固連副、旋轉(zhuǎn)副，以及接觸力約束，并對(duì)旋轉(zhuǎn)約束添加轉(zhuǎn)動(dòng)函數(shù)，以達(dá)到Adams軟件的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真的設(shè)置要求；第三步,在Adams/View模塊中完成與Matlab軟件的輸入設(shè)置；第四步，根據(jù)蛇形機(jī)器人樣機(jī)的尺寸規(guī)格，在Matlab軟件中建立運(yùn)動(dòng)學(xué)方程和動(dòng)力學(xué)方程；第五步，將Matlab軟件解算的運(yùn)動(dòng)信息作為輸入信號(hào)，通過接口傳輸給Adams/View,同時(shí)通過無(wú)線模塊傳輸給蛇形機(jī)器人,控制Adams/View模塊中的蛇形機(jī)器人模型和在試驗(yàn)場(chǎng)景中的蛇形機(jī)器人本體同時(shí)運(yùn)動(dòng)。蛇形機(jī)器人通過自身集成的紅外測(cè)距傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量其與場(chǎng)景四周的距離，以及與場(chǎng)景中障礙之間的距離(如圖2所示)，通過無(wú)線傳輸模塊上傳到主控制平臺(tái)。主控制平臺(tái)通過將試驗(yàn)測(cè)量的運(yùn)動(dòng)信息與運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型中的運(yùn)動(dòng)信息進(jìn)行對(duì)比，來(lái)得到運(yùn)動(dòng)信息的差值，并利用該差值作為Matlab軟件中建立的蛇形機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型的輸入信息，以改進(jìn)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型的參數(shù)。本發(fā)明由由Matlab軟件、Adams軟件、集成紅外測(cè)距的蛇形機(jī)器人和試驗(yàn)場(chǎng)景等部分共同搭建成一個(gè)仿真試驗(yàn)的聯(lián)合控制平臺(tái)，為研究蛇形機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)做出貢獻(xiàn)。
[0016]最后應(yīng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種蛇形機(jī)器人仿真試驗(yàn)的聯(lián)合控制平臺(tái)，其特征在于:該平臺(tái)由Matlab軟件、Adams軟件、集成紅外測(cè)距的蛇形機(jī)器人和試驗(yàn)場(chǎng)景等部分組成。
2.如權(quán)利要求1所述的一種蛇形機(jī)器人仿真試驗(yàn)的聯(lián)合控制平臺(tái)，其特征在于:平臺(tái)搭建主要包括以下步驟: 第一步:根據(jù)蛇形機(jī)器人的樣機(jī)，利用UG軟件建立蛇形機(jī)器人的結(jié)構(gòu)模型； 第二步，將UG軟件中建立的模型導(dǎo)入到Adams軟件中Adams/View模塊，建立蛇形機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)約束，達(dá)到Adams軟件的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真的軟件設(shè)置要求； 第三步，在Adams/View模塊中完成與Matlab軟件的輸入設(shè)置； 第四步，根據(jù)蛇形機(jī)器人樣機(jī)的尺寸規(guī)格，在Matlab軟件中建立蛇形機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程和動(dòng)力學(xué)方程； 第五步，將Matlab解算的運(yùn)動(dòng)控制信息作為Adams/View模塊的輸入信號(hào),通過通信接口傳輸給Adams/View模塊，同時(shí)通過無(wú)線模塊傳輸給集成紅外測(cè)距傳感器的蛇形機(jī)器人。
3.如權(quán)利要求2所述的一種蛇形機(jī)器人仿真試驗(yàn)的聯(lián)合控制平臺(tái)，其特征在于:通過所述UG軟件進(jìn)行蛇形機(jī)器人三維建模，包括骨架、舵機(jī)、從動(dòng)輪。
4.如權(quán)利要求2所述的一種蛇形機(jī)器人仿真試驗(yàn)的聯(lián)合控制平臺(tái)，其特征在于:在所述Adams軟件的Adams/View模塊中，根據(jù)蛇形機(jī)器人各部件的相互運(yùn)動(dòng)關(guān)系,施加部件的約束、作用力、材料性能等關(guān)系，完成蛇形機(jī)器人的Adams/View模塊的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)建模。
5.如權(quán)利要求1所述的集成紅外測(cè)距傳感器的蛇形機(jī)器人，是在蛇形機(jī)器人的每個(gè)關(guān)節(jié)的兩側(cè)邊分別安裝紅外測(cè)距傳感器。
6.如權(quán)利要求2所述的一種蛇形機(jī)器人仿真試驗(yàn)的聯(lián)合控制平臺(tái)，其特征在于:將所述Matlab軟件中解算的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的控制信息同時(shí)輸入給Adams/View模塊和蛇形機(jī)器人本體，控制Adams/View模塊中的蛇形機(jī)器人模型和在試驗(yàn)場(chǎng)景中的蛇形機(jī)器人本體同時(shí)運(yùn)動(dòng)；蛇形機(jī)器人通過自身集成的紅外測(cè)距傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量其與場(chǎng)景四周的距離，以及與場(chǎng)景中障礙之間的距離，通過無(wú)線傳輸模塊上傳到主控制平臺(tái)；主控制平臺(tái)通過將試驗(yàn)測(cè)量的運(yùn)動(dòng)信息與運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型中的運(yùn)動(dòng)信息進(jìn)行對(duì)比，來(lái)得到運(yùn)動(dòng)信息的差值，并利用該差值作為Matlab軟件中建立的蛇形機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型的輸入信息，以改進(jìn)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型的參數(shù)。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK103955621SQ201410204190
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年5月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月15日
【發(fā)明者】張雙彪, 蘇中, 李擎, 趙旭, 付國(guó)棟 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué), 北京信息科技大學(xué), 北京德維創(chuàng)盈科技有限公司