本發(fā)明涉及系統(tǒng)仿真技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及機(jī)器人的在線仿真方法、仿真裝置以及機(jī)器人仿真系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

工業(yè)機(jī)器人仿真系統(tǒng)是面向機(jī)械工程，控制工程，電子技術(shù)，傳感技術(shù)，計(jì)算機(jī)以及人工智能領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)或者多自由度的自動(dòng)執(zhí)行工作的機(jī)器裝置。實(shí)際上就是通過計(jì)算機(jī)對(duì)實(shí)際的機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行模擬的技術(shù)。其可以對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、軌跡規(guī)劃和控制算法進(jìn)行仿真計(jì)算，可以仿真機(jī)器人的各種操作過程，并對(duì)仿真的結(jié)果進(jìn)行分析處理，并且可以不依賴現(xiàn)實(shí)中的機(jī)器人設(shè)備，是設(shè)計(jì)機(jī)器人系統(tǒng)及其相關(guān)技術(shù)的有效手段和得力工具。

工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)圖形仿真是機(jī)器人仿真系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。它將機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真結(jié)果以3d圖形的方式顯示出來，直觀的顯示機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)情況。能在計(jì)算機(jī)屏幕上看到機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方式，軌跡規(guī)劃的結(jié)果，還可以交互式地對(duì)機(jī)器人進(jìn)行示教仿真。機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)圖形仿真技術(shù)為機(jī)器人仿真系統(tǒng)建立了良好地人機(jī)界面。它可以完成不同的工作任務(wù)，當(dāng)機(jī)器人改變工作任務(wù)時(shí)，通常需中斷機(jī)器人的當(dāng)前工作，先對(duì)機(jī)器人進(jìn)行示教編程，然后機(jī)器人按照新的程序執(zhí)行新的工作.若借助于機(jī)器人仿真系統(tǒng)就可首先在仿真系統(tǒng)上進(jìn)行離線編程，然后將編好的程序裝到機(jī)器人中，機(jī)器人便可按照新的程序執(zhí)行新的工作，因此機(jī)器人可不必中斷當(dāng)前的工作，從而提高了生產(chǎn)效率，而且這種方法既經(jīng)濟(jì)又安全。

現(xiàn)有的機(jī)器人仿真系統(tǒng)有多種，但是存在實(shí)時(shí)性和真實(shí)性不高，仿真造型和實(shí)際產(chǎn)品之間誤差較大的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種仿真方法、仿真裝置以及機(jī)器人仿真系統(tǒng)，目的在于實(shí)現(xiàn)仿真的真實(shí)性和實(shí)時(shí)性，同時(shí)保證低成本。

為了解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明提出的基本技術(shù)方案為：

一方面提出一種仿真方法，用于在基于labview環(huán)境的嵌入式系統(tǒng)模擬執(zhí)行具有視覺效果的機(jī)器人的動(dòng)作，具備如下步驟：

獲取在labviedscw軟件下創(chuàng)建模型控制程序的步驟；

獲取在具有計(jì)算機(jī)功能的操作系統(tǒng)中建立基于matlab軟件編寫的機(jī)器人動(dòng)力數(shù)學(xué)模型的步驟；

在具有計(jì)算機(jī)功能的操作系統(tǒng)的solidworks軟件環(huán)境下根據(jù)所述機(jī)器人動(dòng)力數(shù)學(xué)模型設(shè)計(jì)各原件屬性并建立三維虛擬靜態(tài)仿真模型的步驟；

在嵌入式系統(tǒng)中的softmotion軟件實(shí)時(shí)獲得將三維虛擬靜態(tài)仿真模型與基于labviedscw軟件編寫的控制程序關(guān)聯(lián)并創(chuàng)建聯(lián)系最終建立運(yùn)動(dòng)軸和空間坐標(biāo)的步驟；

在labviedscw文件下配置所述運(yùn)動(dòng)軸和空間坐標(biāo)得到三維虛擬動(dòng)態(tài)仿真模型的步驟；以及

對(duì)三維虛擬動(dòng)態(tài)仿真模型進(jìn)行調(diào)試并修正。

另一方面，本技術(shù)方案還提出一種仿真裝置，具有l(wèi)abview軟件環(huán)境用于模擬執(zhí)行具有視覺效果的機(jī)器人的動(dòng)作，包括：

接收單元，用于獲取在labviedscw軟件下創(chuàng)建模型控制程序以及獲取在具有計(jì)算機(jī)功能的操作系統(tǒng)中建立基于matlab軟件編寫的機(jī)器人動(dòng)力數(shù)學(xué)模型；

計(jì)算單元，具有solidworks軟件環(huán)境，用于根據(jù)所述機(jī)器人動(dòng)力數(shù)學(xué)模型設(shè)計(jì)各原件屬性并建立三維虛擬靜態(tài)仿真模型；

仿真單元，具有softmotion軟件環(huán)境，用于實(shí)時(shí)獲得將三維虛擬靜態(tài)仿真模型與基于labviedscw軟件編寫的控制程序關(guān)聯(lián)并創(chuàng)建聯(lián)系最終建立運(yùn)動(dòng)軸和空間坐標(biāo)以及在labviedscw文件下配置所述運(yùn)動(dòng)軸和空間坐標(biāo)得到三維虛擬動(dòng)態(tài)仿真模型的步驟；以及

反饋單元，用于對(duì)三維虛擬動(dòng)態(tài)仿真模型進(jìn)行調(diào)試并修正。

再一個(gè)方面，本技術(shù)方案提出一種機(jī)器人仿真系統(tǒng)，包括：

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，裝配有l(wèi)abview軟件、labviedscw軟件、matlab軟件、solidworks軟件以及softmotion軟件；

嵌入式系統(tǒng)，包括嵌入式控制器以及與該嵌入式控制器通信連接的數(shù)據(jù)采集裝置和仿真裝置；

伺服運(yùn)動(dòng)控制卡，用于與嵌入式控制器連接，實(shí)現(xiàn)接收該嵌入式控制器的實(shí)時(shí)控制信息；

機(jī)器人，該機(jī)器人包括伺服電機(jī)以及機(jī)器人運(yùn)動(dòng)組件，該伺服電機(jī)用于接收所述伺服運(yùn)動(dòng)卡的控制信息以控制所述機(jī)器人運(yùn)動(dòng)組件的運(yùn)動(dòng)；

以及傳感器組件，用于獲取所述機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)并經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡反饋至所述嵌入式控制器；

其中，嵌入式控制器根據(jù)所述運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)向伺服運(yùn)動(dòng)控制卡發(fā)送實(shí)時(shí)控制信息并且根據(jù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)向仿真裝置傳輸運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)以實(shí)時(shí)調(diào)整仿真圖像；

所述仿真裝置具有：

接收單元，用于獲取在labviedscw軟件下創(chuàng)建模型控制程序以及獲取在具有計(jì)算機(jī)功能的操作系統(tǒng)中建立基于matlab軟件編寫的機(jī)器人動(dòng)力數(shù)學(xué)模型；

計(jì)算單元，具有solidworks軟件環(huán)境，用于根據(jù)所述機(jī)器人動(dòng)力數(shù)學(xué)模型設(shè)計(jì)各原件屬性并建立三維虛擬靜態(tài)仿真模型；

仿真單元，具有softmotion軟件環(huán)境，用于實(shí)時(shí)獲得將三維虛擬靜態(tài)仿真模型與基于labviedscw軟件編寫的控制程序關(guān)聯(lián)并創(chuàng)建聯(lián)系最終建立運(yùn)動(dòng)軸和空間坐標(biāo)以及在labviedscw文件下配置所述運(yùn)動(dòng)軸和空間坐標(biāo)得到三維虛擬動(dòng)態(tài)仿真模型的步驟；以及

反饋單元，用于對(duì)三維虛擬動(dòng)態(tài)仿真模型進(jìn)行調(diào)試并修正。

進(jìn)一步的，所述傳感器組件包括位置傳感器和編碼器，所述位置傳感器獲取所述機(jī)器人運(yùn)動(dòng)組件的位置狀態(tài)信息并經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡反饋至所述嵌入式控制器，所述編碼器獲取所述伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息并通過數(shù)據(jù)采集卡反饋至所述嵌入式控制器。

進(jìn)一步的，所述嵌入式控制器連接顯示裝置。

進(jìn)一步的，所述機(jī)器人動(dòng)力數(shù)學(xué)模型的建立步驟包括：

在matlab軟件中根據(jù)機(jī)器人軸關(guān)節(jié)末端軌跡解析機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)輸入軌跡的步驟；

將各軸關(guān)節(jié)軌跡數(shù)據(jù)組合操作的步驟；

建立機(jī)器人動(dòng)力數(shù)學(xué)模型的步驟。

進(jìn)一步的，三維虛擬靜態(tài)仿真模型建立的步驟包括：

在solidwords軟件環(huán)境下根據(jù)所述機(jī)器人動(dòng)力數(shù)學(xué)模型設(shè)計(jì)各原件屬性的步驟；

在solidwords軟件將各原件進(jìn)行裝配生成裝配體的步驟；

定義裝配體機(jī)械配合的步驟；

對(duì)裝配體進(jìn)行干涉檢查，若不符合則進(jìn)行裝配體配合重新定義，若符合則輸出三維虛擬靜態(tài)仿真模型的步驟。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明的技術(shù)方案綜合了labview軟件、labviedscw軟件、matlab軟件、solidworks軟件以及softmotion軟件的優(yōu)點(diǎn)，保證了仿真的實(shí)時(shí)性和真實(shí)性，而且成本較低，通用性強(qiáng)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種機(jī)器人仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為一種仿真方法的示意圖；

圖3為一種機(jī)器人仿真系統(tǒng)的軟件流程圖；

圖4為仿真裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖1至4對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明，但不應(yīng)以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。。

本發(fā)明的技術(shù)方案，結(jié)合了labview軟件、labviedscw軟件、matlab軟件、solidworks軟件以及softmotion軟件的優(yōu)點(diǎn)，以labview軟件為基礎(chǔ)，進(jìn)行機(jī)器人仿真模擬。適合工業(yè)應(yīng)用的機(jī)器人仿真。

具體的，本實(shí)施例的機(jī)器人仿真系統(tǒng)包括了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1、嵌入式系統(tǒng)2、伺服運(yùn)動(dòng)控制卡3、機(jī)器人4以及傳感器組件5。通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1設(shè)計(jì)各個(gè)仿真模型和控制程序，然后嵌入式系統(tǒng)2接收該仿真模型和控制程序進(jìn)行仿真模擬以及機(jī)器人4的運(yùn)動(dòng)控制。

詳細(xì)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1可以優(yōu)選為pc電腦，該pc電腦裝配有l(wèi)abview軟件、labviedscw軟件、matlab軟件、solidworks軟件以及softmotion軟件；通過這些軟件設(shè)置需要的仿真模型和控制程序。具體的，通過在pc電腦上安裝的labviedscw軟件創(chuàng)建機(jī)器人的模型控制程序；在matlab軟件上編寫的機(jī)器人動(dòng)力數(shù)學(xué)模型；在solidworks軟件中根據(jù)所述機(jī)器人動(dòng)力數(shù)學(xué)模型設(shè)計(jì)各原件屬性并建立三維虛擬靜態(tài)仿真模型；通過softmotion軟件實(shí)時(shí)獲得將三維虛擬靜態(tài)仿真模型與控制程序關(guān)聯(lián)并創(chuàng)建聯(lián)系，然后結(jié)合三維虛擬靜態(tài)仿真模型建立其運(yùn)動(dòng)軸和空間坐標(biāo)；最終將該運(yùn)動(dòng)軸和空間坐標(biāo)的數(shù)據(jù)和控制程序結(jié)合實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)控制，完成三維虛擬動(dòng)態(tài)仿真模型的建立。

嵌入式系統(tǒng)2主要用于實(shí)現(xiàn)仿真和機(jī)器人4的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)控制，包括嵌入式控制器21以及與該嵌入式控制器21通信連接的數(shù)據(jù)采集裝置22和仿真裝置23。

伺服運(yùn)動(dòng)控制卡3，用于與嵌入式控制器21連接，實(shí)現(xiàn)接收該嵌入式控制器21的實(shí)時(shí)控制信息；

機(jī)器人4包括伺服電機(jī)41以及機(jī)器人運(yùn)動(dòng)組件42，該伺服電機(jī)41用于接收所述伺服運(yùn)動(dòng)卡3的控制信息以控制所述機(jī)器人運(yùn)動(dòng)組件42的運(yùn)動(dòng)；

傳感器組件5，用于獲取所述機(jī)器人4的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)并經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡6反饋至所述嵌入式控制器21。

其中，嵌入式控制器21根據(jù)所述運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)向伺服運(yùn)動(dòng)控制卡3發(fā)送實(shí)時(shí)控制信息并且根據(jù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)向仿真裝置23傳輸運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)以實(shí)時(shí)調(diào)整仿真圖像。具體來說，該傳感器組件5用于獲取機(jī)器人4的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息并反饋給嵌入式系統(tǒng)2，由嵌入式系統(tǒng)2來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人4的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制和三維虛擬動(dòng)態(tài)仿真模型的實(shí)時(shí)仿真。在本實(shí)施例中，反饋的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息是實(shí)時(shí)被傳輸至嵌入式控制器21進(jìn)行處理的，以保證本技術(shù)方案的仿真實(shí)時(shí)性。

詳細(xì)的，傳感器組件5包括位置傳感器51和編碼器52，所述位置傳感器51獲取所述機(jī)器人運(yùn)動(dòng)組件42的位置狀態(tài)信息并經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡6反饋至所述嵌入式控制器21，所述編碼器52獲取所述伺服電機(jī)41的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息并通過數(shù)據(jù)采集卡6反饋至所述嵌入式控制器21。位置傳感器51被定義為獲取機(jī)器人運(yùn)動(dòng)組件42的位移信息和角度轉(zhuǎn)動(dòng)信息，編碼器52可以獲取伺服電機(jī)41的位移信息和轉(zhuǎn)動(dòng)的角度信息。該傳感器組件5很重要，其保證了仿真的實(shí)時(shí)有效性。

在本實(shí)施例中，是圖形化的顯示，即嵌入式控制器21連接顯示裝置7，該顯示裝置7一方面能夠?qū)崟r(shí)顯示三維虛擬動(dòng)態(tài)仿真模型，另一方面能夠顯示操作界面以及顯示labview軟件的前置板信息。

需要注意的是，在本實(shí)施例中，所述機(jī)器人動(dòng)力數(shù)學(xué)模型的建立包括如下步驟：(具體可參見圖3)

首先在matlab軟件中根據(jù)機(jī)器人軸關(guān)節(jié)末端軌跡解析機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)輸入軌跡；然后將各軸關(guān)節(jié)軌跡數(shù)據(jù)組合操作；最后建立機(jī)器人動(dòng)力數(shù)學(xué)模型。在建模的過程中，包括有機(jī)器人各軸關(guān)節(jié)的正向運(yùn)動(dòng)學(xué)模型、逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)模型、正向動(dòng)力學(xué)模型、逆向動(dòng)力學(xué)模型以及運(yùn)動(dòng)的軌跡。建立的這些模型將會(huì)經(jīng)過過matlab軟件的matlabrobotictoolbox工具包進(jìn)行模擬仿真，以得到合適的各軸關(guān)節(jié)的角度曲線軌跡。

具體的，所述三維虛擬靜態(tài)仿真模型建立的詳細(xì)步驟包括如下：在solidwords軟件環(huán)境下根據(jù)所述機(jī)器人動(dòng)力數(shù)學(xué)模型設(shè)計(jì)各原件屬性；在solidwords軟件將各原件進(jìn)行裝配生成裝配體；定義裝配體機(jī)械配合的步驟；對(duì)裝配體進(jìn)行干涉檢查，若不符合則進(jìn)行裝配體配合重新定義，若符合則輸出三維虛擬靜態(tài)仿真模型。具體，在進(jìn)行干涉檢查時(shí)利用solidwords軟件自帶的功能進(jìn)行干涉檢查，可以分別進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢查和靜態(tài)檢查，以保證得到的三維虛擬靜態(tài)仿真模型是可靠的。

很重要的，在本實(shí)施例中，將得到各種數(shù)據(jù)模型和控制程序通過仿真裝置23進(jìn)行顯示。在仿真時(shí)，其是通過嵌入式控制器21輸入相關(guān)信號(hào)進(jìn)行仿真顯示。詳細(xì)的，

所述仿真裝置23具有接收單元231、計(jì)算單元232和仿真單元233以及反饋單元234。該仿真裝置23基于labview軟件環(huán)境。詳細(xì)的，接收單元，用于獲取在labviedscw軟件下創(chuàng)建模型控制程序以及獲取在具有計(jì)算機(jī)功能的操作系統(tǒng)中建立基于matlab軟件編寫的機(jī)器人動(dòng)力數(shù)學(xué)模型。即在本實(shí)施例中，該接收單元231接收來自pc電腦編制好的模型和控制程序。計(jì)算單元232，具有solidworks軟件環(huán)境，用于根據(jù)所述機(jī)器人動(dòng)力數(shù)學(xué)模型設(shè)計(jì)各原件屬性并建立三維虛擬靜態(tài)仿真模型。仿真單元233，具有softmotion軟件環(huán)境，用于實(shí)時(shí)獲得將三維虛擬靜態(tài)仿真模型與基于labviedscw軟件編寫的控制程序關(guān)聯(lián)并創(chuàng)建聯(lián)系最終建立運(yùn)動(dòng)軸和空間坐標(biāo)以及在labviedscw文件下配置所述運(yùn)動(dòng)軸和空間坐標(biāo)得到三維虛擬動(dòng)態(tài)仿真模型；反饋單元234接收嵌入式控制器21獲得的反饋信息，對(duì)三維虛擬動(dòng)態(tài)仿真模型進(jìn)行調(diào)試并修正。即本實(shí)施例中，傳感器組件5獲取的機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)實(shí)時(shí)信息會(huì)經(jīng)過嵌入式控制器21的處理后由仿真裝置23進(jìn)行調(diào)試和修改。例如，仿真時(shí)，labviedscw文件下的控制程序結(jié)合所述運(yùn)動(dòng)軸和空間坐標(biāo)進(jìn)行定于控制應(yīng)用，創(chuàng)建機(jī)器人運(yùn)動(dòng)分揀軌跡(以該機(jī)器人為分揀系統(tǒng)的使用環(huán)境下)，然后再顯示裝置7中顯示了該三維虛擬動(dòng)態(tài)仿真模型；在分揀后，通過反饋信息進(jìn)行校準(zhǔn)調(diào)試優(yōu)化，當(dāng)符合時(shí)即為機(jī)器人原型虛擬仿真，若不符合則根據(jù)反饋信息繼續(xù)進(jìn)行分揀動(dòng)作。

在本技術(shù)方案中，通過結(jié)合了labview軟件、labviedscw軟件、matlab軟件、solidworks軟件、softmotion軟件以及傳感器組5的實(shí)時(shí)反饋，保證了仿真和控制的實(shí)時(shí)性和真實(shí)性。

根據(jù)上述說明書的揭示和教導(dǎo)，本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以對(duì)上述實(shí)施方式進(jìn)行變更和修改。因此，本發(fā)明并不局限于上面揭示和描述的具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明的一些修改和變更也應(yīng)當(dāng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。此外，盡管本說明書中使用了一些特定的術(shù)語，但這些術(shù)語只是為了方便說明，并不對(duì)本發(fā)明構(gòu)成任何限制。