專利名稱：一種機器人動作仿真的控制方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自動控制技術(shù)，更具體地說，涉及一種機器人動作仿真的控制方法及
直O(jiān)
背景技術(shù)：
在主題公園的未來世界項目中有一種大機器人，該大機器人能按要求做出表演動作，再配合其他聲光電等特技，給游客一種全新的體驗。機器人做出的表演動作是事先在Maya中進行了動作規(guī)劃，Maya中的機器人模型的動作是一連續(xù)的動作動畫，而Maya中的機器人模型和實際機器人一致，所以可要求機器人做出符全Maya中的機器人模型的動作。Maya中的動作規(guī)劃是由專門的Maya動畫技術(shù)人員制作，它是關(guān)于機器人的活動關(guān)節(jié)的姿態(tài)數(shù)據(jù)。動作的連續(xù)變化其實就是姿態(tài)數(shù)據(jù)的連續(xù)變化。姿態(tài)數(shù)據(jù)是空間六自由度數(shù)據(jù)X坐標(biāo)，Y坐標(biāo)，Z坐標(biāo)，X軸旋轉(zhuǎn)，Y軸旋轉(zhuǎn)，Z軸旋轉(zhuǎn)。但是在控制機器人的動作時，如果以六自由度姿態(tài)數(shù)據(jù)作為控制目標(biāo)，那么控制系統(tǒng)將變得異常復(fù)雜，控制不但要解決控制本身的問題，還要花費大量精力用于處理3D空間里的姿勢數(shù)據(jù)。而處理這種姿態(tài)數(shù)據(jù)，還需要知道相關(guān)的機械結(jié)構(gòu)和機械尺寸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述機器人動作仿真控制方法復(fù)雜的缺陷，提供一種簡單的機器人動作仿真的控制方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造一種機器人動作仿真的控制方法，包括A.在Maya中規(guī)劃機器人的動作，以產(chǎn)生機器人的活動關(guān)節(jié)在不同時間的姿態(tài)數(shù)據(jù)，所述姿態(tài)數(shù)據(jù)為空間六自由度數(shù)據(jù)；B.將不同時間的姿態(tài)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為不同時間的位移數(shù)據(jù)，并生成位移與時間關(guān)系的曲線；C.根據(jù)所述位移與時間關(guān)系的曲線控制活動關(guān)節(jié)的位移。在本發(fā)明所述的機器人動作仿真的控制方法中，在所述步驟B和所述步驟C之間還包括D.對所述位移與時間關(guān)系的曲線進行預(yù)處理。在本發(fā)明所述的機器人動作仿真的控制方法中，所述步驟D包括一階平滑設(shè)定一個最大速度值，使處理后的位移與時間關(guān)系的曲線的速度低于最大速度值；二階平滑設(shè)定一個最大加速度值，使處理后的位移與時間關(guān)系的曲線的加速度低于最大加速度值；三階平滑設(shè)定一個最大加速度變化率，使處理后的位移與時間關(guān)系的曲線的加速度連續(xù)，且加速度變化率低于最大加速度變化率。
在本發(fā)明所述的機器人動作仿真的控制方法中，所述步驟C包括反饋環(huán)節(jié)反饋活動關(guān)節(jié)的位移；控制環(huán)節(jié)根據(jù)所述位移與時間關(guān)系的曲線，及活動關(guān)節(jié)的位移反饋進行比例微分計算，以生成控制量；輸出環(huán)節(jié)將所述控制量轉(zhuǎn)換為電壓控制信號，所述電壓控制信號通過驅(qū)動機構(gòu)控制活動關(guān)節(jié)的位移。在本發(fā)明所述的機器人動作仿真的控制方法中，在所述控制環(huán)節(jié)前，還包括比例微分的參數(shù)整定通過給定一周期變化的正弦曲線對比例微分的參數(shù)進行在線整定，所述正弦曲線的幅值對應(yīng)活動關(guān)節(jié)的移動行程。在本發(fā)明所述的機器人動作仿真的控制方法中，所述反饋環(huán)節(jié)為測量安裝在所述驅(qū)動機構(gòu)上的電子尺的電壓，并反饋所測量的電壓，所測量的電壓與所述驅(qū)動機構(gòu)的位移相關(guān)。在本發(fā)明所述的機器人動作仿真的控制方法中，所述反饋環(huán)節(jié)還包括根據(jù)所測量的電壓判斷驅(qū)動機構(gòu)的位移是否在保護范圍內(nèi)。在本發(fā)明所述的機器人動作仿真的控制方法中，在所述輸出環(huán)節(jié)中，對所述電壓控制信號進行下列至少一種處理加速度約束控制電壓控制信號的變化量低于預(yù)設(shè)值；濾波處理；限位控制電壓控制信號在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)；驅(qū)動機構(gòu)末端軟保護處理對電壓控制信號進行處理使所述驅(qū)動機構(gòu)在行程范圍內(nèi)移動。在本發(fā)明所述的機器人動作仿真的控制方法中，所述驅(qū)動機構(gòu)包括與所述活動關(guān)節(jié)對應(yīng)的電液比例伺服閥和油缸，所述電壓控制信號通過電液比例伺服閥控制油缸的伸縮，進而控制活動關(guān)節(jié)的移動。本發(fā)明還構(gòu)造一種機器人動作仿真的控制裝置，包括動作規(guī)劃模塊，用于在Maya中規(guī)劃機器人的動作，以產(chǎn)生機器人的活動關(guān)節(jié)在不同時間的姿態(tài)數(shù)據(jù)，所述姿態(tài)數(shù)據(jù)為空間六自由度數(shù)據(jù)；位移曲線生成模塊，用于將不同時間的姿態(tài)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為不同時間的位移數(shù)據(jù)，并生成位移與時間關(guān)系的曲線；控制模塊，用于根據(jù)所述位移與時間關(guān)系的曲線控制活動關(guān)節(jié)的位移。實施本發(fā)明的技術(shù)方案，由于將機器人的活動關(guān)節(jié)在不同時間的姿態(tài)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為活動關(guān)節(jié)在不同時間的位移數(shù)據(jù)，所以控制機器人動作不再與姿態(tài)數(shù)據(jù)和機械方面有關(guān)， 而變成了僅與不同時間的位移值有關(guān)，進而使得控制方法更加簡單。


下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中圖IA是本發(fā)明實施例一機器人動作仿真的控制方法的流程圖；圖IB是本發(fā)明實施例一機器人動作仿真的控制裝置的邏輯框圖；圖2A是本發(fā)明實施例三機器人動作仿真的控制方法的流程圖2B是本發(fā)明實施例三機器人動作仿真的控制裝置的邏輯框圖；圖3是本發(fā)明實施例二機器人動作仿真的控制裝置中的控制模塊的邏輯框圖；圖4A是本發(fā)明實施例四機器人動作仿真的控制方法中反饋環(huán)節(jié)的流程圖；圖4B是本發(fā)明實施例四機器人動作仿真的控制方法中控制環(huán)節(jié)的流程圖；圖4C是本發(fā)明實施例四機器人動作仿真的控制方法中輸出環(huán)節(jié)的流程圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步的詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明， 并不用于限定本發(fā)明。如圖IA所示，在本發(fā)明的機器人動作仿真的控制方法實施例一的流程圖中，該控制方法包括S100.在Maya中規(guī)劃機器人的動作，以產(chǎn)生機器人的活動關(guān)節(jié)在不同時間的姿態(tài)數(shù)據(jù)，所述姿態(tài)數(shù)據(jù)為空間六自由度數(shù)據(jù)；S300.將不同時間的姿態(tài)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為不同時間的位移數(shù)據(jù)，并生成位移與時間關(guān)系的曲線；S500.根據(jù)所述位移與時間關(guān)系的曲線控制活動關(guān)節(jié)的位移。如圖IB所示，在本發(fā)明機器人動作仿真的控制裝置實施例一的邏輯框圖中，該控制裝置包括依次相連的動作規(guī)劃模塊100、位移曲線生成模塊300和控制模塊500。其中， 動作規(guī)劃模塊100用于在Maya中規(guī)劃機器人的動作，以產(chǎn)生機器人的活動關(guān)節(jié)在不同時間的姿態(tài)數(shù)據(jù)，所述姿態(tài)數(shù)據(jù)為空間六自由度數(shù)據(jù)；位移曲線生成模塊300用于將不同時間的姿態(tài)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為不同時間的位移數(shù)據(jù)，并生成位移與時間關(guān)系的曲線；控制模塊500用于根據(jù)所述位移與時間關(guān)系的曲線控制活動關(guān)節(jié)的位移。實施本發(fā)明實施例一的技術(shù)方案，由于將機器人的活動關(guān)節(jié)在不同時間的姿態(tài)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為活動關(guān)節(jié)在不同時間的位移數(shù)據(jù)，所以控制機器人動作不再與姿態(tài)數(shù)據(jù)和機械方面有關(guān)，而變成了僅與不同時間的位移值有關(guān)，進而使得控制方法更加簡單。如圖2A所示，在本發(fā)明實施例二機器人動作仿真的控制方法的流程圖中，該控制方法包括步驟SlOO 步驟S500。其中，步驟S100、步驟S300和步驟S500與施例一的機器人動作仿真的控制方法的步驟S100、步驟S300和步驟S500相同，在此不做贅述，以下僅說明不同的部分，在步驟S300和步驟S500之間還包括步驟S400.對所述位移與時間關(guān)系的曲線進行預(yù)處理。與圖2A相應(yīng)地，圖2B是本發(fā)明實施例二機器人動作仿真的控制裝置的邏輯框圖， 該控制裝置包括依次相連的動作規(guī)劃模塊100、位移曲線生成模塊300、位移曲線預(yù)處理模塊400和控制模塊500。其中，動作規(guī)劃模塊100、位移曲線生成模塊300和控制模塊500 與施例一的機器人動作仿真的控制裝置的動作規(guī)劃模塊100、位移曲線生成模塊300和控制模塊500相同，在此不做贅述，以下僅說明位移曲線預(yù)處理模塊400。位移曲線預(yù)處理模塊400用于對所述位移與時間關(guān)系的曲線進行預(yù)處理。由于實施例一中所生成的活動關(guān)節(jié)的位移與時間關(guān)系的曲線沒有考慮機械方面的問題，有可能會導(dǎo)致機器人有些動作可能太快，或者動作太激烈以至于機械方面達不到，所以有必要對位移曲線進行預(yù)處理，通過實施本發(fā)明實施例ニ的技術(shù)方案，位移與時間關(guān) 系的曲線可得到平滑的效果，使得處理后的位移曲線更能滿足機械的要求。優(yōu)選地，在本發(fā)明實施例ニ中，位移曲線預(yù)處理可包括ー階平滑設(shè)定ー個最大速度值SpeedMax，使處理后的位移與時間關(guān)系的曲線的 速度低于最大速度值SpeedMax，該步驟可保證活動關(guān)節(jié)不會過快；ニ階平滑設(shè)定ー個最大加速度值A(chǔ)ccelerateMax，使處理后的位移與時間關(guān)系 的曲線的加速度低于最大加速度值A(chǔ)ccelerateMax，該步驟可保證活動關(guān)節(jié)的動作受カ不 會過大；三階平滑設(shè)定ー個最大加速度變化率AkMax，使處理后的位移與時間關(guān)系的曲 線的加速度連續(xù)，且加速度變化率低于最大加速度變化率AkMax，該步驟可保證活動關(guān)節(jié)的 受カ是連續(xù)的，且可保證動作的平滑性。下面以ー個例子來說明對位移曲線的預(yù)處理方法，設(shè)設(shè)某位移曲線的數(shù)據(jù)為{ん， S1, S2, S3, S4……Sn_2，Slri，SJ，每個數(shù)據(jù)時間間隔為At。速度為V，加速度為a。一、ー階平滑
權(quán)利要求
1.一種機器人動作仿真的控制方法，其特征在于，包括A.在Maya中規(guī)劃機器人的動作，以產(chǎn)生機器人的活動關(guān)節(jié)在不同時間的姿態(tài)數(shù)據(jù)，所述姿態(tài)數(shù)據(jù)為空間六自由度數(shù)據(jù)；B.將不同時間的姿態(tài)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為不同時間的位移數(shù)據(jù)，并生成位移與時間關(guān)系的曲線.一入 ，C.根據(jù)所述位移與時間關(guān)系的曲線控制活動關(guān)節(jié)的位移。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機器人動作仿真的控制方法，其特征在于，在所述步驟B和所述步驟C之間還包括D.對所述位移與時間關(guān)系的曲線進行預(yù)處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的機器人動作仿真的控制方法，其特征在于，所述步驟D包括 一階平滑設(shè)定一個最大速度值，使處理后的位移與時間關(guān)系的曲線的速度低于最大速度值；二階平滑設(shè)定一個最大加速度值，使處理后的位移與時間關(guān)系的曲線的加速度低于最大加速度值；三階平滑設(shè)定一個最大加速度變化率，使處理后的位移與時間關(guān)系的曲線的加速度連續(xù)，且加速度變化率低于最大加速度變化率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項所述的機器人動作仿真的控制方法，其特征在于，所述步驟C包括反饋環(huán)節(jié)反饋活動關(guān)節(jié)的位移；控制環(huán)節(jié)根據(jù)所述位移與時間關(guān)系的曲線，及活動關(guān)節(jié)的位移反饋進行比例微分計算，以生成控制量；輸出環(huán)節(jié)將所述控制量轉(zhuǎn)換為電壓控制信號，所述電壓控制信號通過驅(qū)動機構(gòu)控制活動關(guān)節(jié)的位移。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的機器人動作仿真的控制方法，其特征在于，在所述控制環(huán)節(jié)前,還包括比例微分的參數(shù)整定通過給定一周期變化的正弦曲線對比例微分的參數(shù)進行在線整定，所述正弦曲線的幅值對應(yīng)活動關(guān)節(jié)的移動行程。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的機器人動作仿真的控制方法，其特征在于，所述反饋環(huán)節(jié)為 測量安裝在所述驅(qū)動機構(gòu)上的電子尺的電壓，并反饋所測量的電壓，所測量的電壓與所述驅(qū)動機構(gòu)的位移相關(guān)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的機器人動作仿真的控制方法，其特征在于，所述反饋環(huán)節(jié)還包括根據(jù)所測量的電壓判斷驅(qū)動機構(gòu)的位移是否在保護范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的機器人動作仿真的控制方法，其特征在于，在所述輸出環(huán)節(jié)中，對所述電壓控制信號進行下列至少一種處理加速度約束處理對電壓控制信號進行處理使其變化量低于預(yù)設(shè)值； 濾波處理；限位處理對電壓控制信號進行處理使其在預(yù)設(shè)電壓范圍內(nèi)； 驅(qū)動機構(gòu)末端軟保護處理對電壓控制信號進行處理使所述驅(qū)動機構(gòu)在預(yù)設(shè)行程范圍內(nèi)移動。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機器人動作仿真的控制方法，其特征在于，所述驅(qū)動機構(gòu)包括與所述活動關(guān)節(jié)對應(yīng)的電液比例伺服閥和油缸，所述電壓控制信號通過電液比例伺服閥控制油缸的伸縮，進而控制活動關(guān)節(jié)的移動。
10.一種機器人動作仿真的控制裝置，其特征在于，包括動作規(guī)劃模塊，用于在Maya中規(guī)劃機器人的動作，以產(chǎn)生機器人的活動關(guān)節(jié)在不同時間的姿態(tài)數(shù)據(jù)，所述姿態(tài)數(shù)據(jù)為空間六自由度數(shù)據(jù)；位移曲線生成模塊，用于將不同時間的姿態(tài)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為不同時間的位移數(shù)據(jù)，并生成位移與時間關(guān)系的曲線；控制模塊，用于根據(jù)所述位移與時間關(guān)系的曲線控制活動關(guān)節(jié)的位移。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種機器人動作仿真的控制方法及裝置，該控制方法包括A.在Maya中規(guī)劃機器人的動作，以產(chǎn)生機器人的活動關(guān)節(jié)在不同時間的姿態(tài)數(shù)據(jù)，所述姿態(tài)數(shù)據(jù)為空間六自由度數(shù)據(jù)；B.將不同時間的姿態(tài)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為不同時間的位移數(shù)據(jù)，并生成位移與時間關(guān)系的曲線；C.根據(jù)所述位移與時間關(guān)系的曲線控制活動關(guān)節(jié)的位移。實施本發(fā)明的技術(shù)方案，由于將機器人的活動關(guān)節(jié)在不同時間的姿態(tài)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為活動關(guān)節(jié)在不同時間的位移數(shù)據(jù)，所以控制機器人動作不再與姿態(tài)數(shù)據(jù)和機械方面有關(guān)，而變成了僅與不同時間的位移值有關(guān)，進而使得控制方法更加簡單。
文檔編號B25J13/00GK102328315SQ201010230769
公開日2012年1月25日 申請日期2010年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月12日
發(fā)明者劉道強, 徐海波, 戎志剛, 李明 申請人:深圳華強游戲軟件有限公司