[发明专利]一种用于机器人的仿真方法

权利要求书

1.一种机器人仿真系统，其包括机器人控制器，所述机器人控制器内部能够加载针对机器人的仿真程序，在该机器人控制器内设置有真实机器人控制单元、辅助用的真实应用程序控制单元、数字机器人模型单元、通用分析平台接口、半物理模型状态寄存器以及远程进程控制接口，该仿真系统还包括独立的通用计算机平台，在通用计算机平台内设置有仿真监控界面，同时将仿真监控软件安装在通用计算机平台上，其特征在于：该仿真系统还包括外部设备，其与机器人控制器相连接，外部设备用于进行半物理硬件在环仿真。

2.根据权利要求1所述的机器人仿真系统，其特征在于：数字机器人模型单元能够测量计算得到机器人系统中的力及扭矩状态。

3.根据权利要求2所述的机器人仿真系统，其特征在于：机器人控制器是通过其内部的远程进程控制接口来与通用计算机平台进行通信的，这样能够使得安装在通用计算机平台上的仿真软件可以获得进入机器人控制器中数字机器人模型单元及半物理模型状态寄存器进行读取的权利，从而获得所有机器人模型相关参数。

4.根据权利要求3所述的机器人仿真系统，其特征在于：所述外部设备包括减速器、伺服电机和编码器。

5.根据权利要求4所述的机器人仿真系统，其特征在于：该机器人仿真系统还设有时钟、定时器和采样计算单元，其中，通过仿真系统提供的时钟和定时器从而实现对程序真实运行时间的控制，使得数字模型与外部事件之间的同步性能可以达到物理系统应用级别的要求。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的机器人仿真系统，其特征在于：所述仿真系统能够进行机器人运动仿真，具体是在机器人控制器内部单独进行仿真或者通过与机器人控制器进行通信的通用计算机平台进行仿真。

7.根据权利要求6所述的机器人仿真系统，其特征在于：上述仿真包括两个层面的仿真，一种为纯软件层面的软件仿真，第二种是包含半物理模型的硬件在环仿真。

8.根据权利要求7所述的机器人仿真系统，其特征在于：上述软件仿真通过仿真系统中机器人控制器内部的数字机器人模型单元进行软件仿真，其中数字机器人模型单元是与真实机器人具有相同几何参数的数字对象，所述仿真的软件前端为三维图形交互式界面。

9.根据权利要求8所述的机器人仿真系统，其特征在于：半物理硬件在环仿真通过数字机器人模型单元结合包含在仿真系统中的真实机器人上的外部设备而进行，从而最大化地模拟得到机器人运行过程中的动态参数，分析机器人的运动性能及极限。

10.一种采用权利要求1-9中任一项所述的机器人仿真系统的仿真方法，具体步骤如下：

仿真过程从开始步骤S1启动，首先进入步骤S2进行轨迹数据导入处理，导入到轨迹数据可以分为三种类型,一种是导入三维设计或仿真软件中的机器人轨迹数据，第二种是通过机器人示教器示教的轨迹数据，第三种是通过解析机器人语言程序获得的轨迹数据；然后进入步骤S3即需要确定是否进行软件仿真，如果选择“是”则进入到步骤S4；在步骤S4处要对所获得的轨迹数据进行轨迹二次处理操作，这种处理操作能够使数据在速度域和加速度域上更加平滑化，以使得处理后的数据在速度域和加速度域上是平滑的，也就是在机器人关节空间中，这两个域上的值是连续的，从而可以使得机器人的驱动部件只需提供连续变化的扭矩及速度，避免引起不必要的机械振动；二次处理操作完毕后，进入到步骤S5进行软件仿真，步骤S5完成后，便已经完成了对输入数据的校验，同时也对机器人的运行过程中的各种状态有了先验知识；然后进入步骤S6选择是否进行半物理模型硬件在环仿真，如果选择“是”，则跳转到S8进行半物理模型硬件在环仿真，此时经过二次处理后的数据直接传递给半物理硬件在环仿真直接使用，这样就可以大大节省仿真所消耗的时间，同时也可以在次过程中过滤出不适合于物理模型的输入数据，防止由极端输入指令引起的物理系统的损坏，如果在步骤S6中选择“否”则进入步骤S10结束本次仿真任务；此外，如果在步骤S3中选择“否”，即不首先进行软件仿真，则跳转到步骤S7首先对轨迹数据进行二次处理操作，然后直接进入步骤S8进行半物理模型硬件在环仿真，步骤S8结束后进入到步骤S9,在步骤S9中需要在得到有效结果后判断是否要进行软件仿真，如果选择“是”则跳转到步骤S5处进行软件仿真，如果选择否，则进入步骤S10直接结束本次仿真任务。