[发明专利]面向空间多分支机器人在轨攀爬的动力学仿真平台及方法

权利要求书

1.一种面向空间多分支机器人在轨攀爬的动力学仿真平台，其特征在于所述动力学仿真平台基于ROS环境，采用模块化设计构建而成，包括Gazebo三维模拟器、机器人模型、仿真场景模型、机器人控制器、Gazebo插件、人机交互界面和程序开发模块，其中：

所述ROS环境指ROS机器人操作系统，其负责为Gazebo三维模拟器、机器人控制器、人机交互界面和程序开发模块提供通讯框架；

所述Gazebo三维模拟器为仿真平台提供物理仿真环境；

所述机器人模型指针对机器人编写的URDF文件，该文件负责提供机器人的运动学模型、动力学模型、碰撞检测模型和可视化模型；

所述仿真场景模型指针对仿真场景、按照SDF格式编写的.world文件，该文件负责提供仿真场景光照、重力、用户相机视角、物体模型、物理引擎、插件信息；

所述机器人控制器指按照Gazebo机器人控制器格式编写的代码库，在仿真时被加载入Gazebo三维模拟器中，仿真过程中，根据用户指令控制机器人完成相应动作；

所述Gazebo插件指依靠插件机制，在仿真过程中实现相关功能的代码库，包括控制插件、六维力传感器插件、相机插件和末端执行器锁紧插件四个基础模块，控制插件充当ROS与Gazebo三维模拟器之间的接口，六维力传感器插件负责反馈仿真过程中的末端六维力信息，相机插件负责反馈仿真过程中的手部相机和全局相机图像信息，末端执行器锁紧插件负责根据用户指令完成基座锁紧或解锁；

所述人机交互界面为用户提供机器人状态监控与控制界面，界面可显示机器人状态，用户可通过使用界面上的控件控制机器人状态；

所述程序开发模块指为用户提供的编程接口，用户通过编程模块将步态规划、控制方法表述成编程语言，编译成二进制程序与仿真平台一同运行，完成步态规划方法、控制算法的验证。

2.根据权利要求1所述的面向空间多分支机器人在轨攀爬的动力学仿真平台，其特征在于所述Gazebo三维模拟器、机器人控制器、人机交互界面和程序开发模块在仿真过程中均作为ROS节点，通过话题、消息方式完成信息的发布与获取。

3.根据权利要求1所述的面向空间多分支机器人在轨攀爬的动力学仿真平台，其特征所述URDF文件包括构成机器人的所有连杆和关节的信息，连杆信息和关节信息共同构成了机器人的运动学模型、动力学模型、碰撞检测模型和可视化模型。

4.根据权利要求1所述的面向空间多分支机器人在轨攀爬的动力学仿真平台，其特征所述连杆信息包括连杆名称、连杆质心位置、连杆质量、连杆惯性矩阵、连杆碰撞检测模型和连杆可视化模型；关节信息包括关节名称、关节类型、母连杆、子连杆、关节位置、关节轴线方向和关节位置/速度/力矩限制。

5.根据权利要求1所述的面向空间多分支机器人在轨攀爬的动力学仿真平台，其特征在于所述机器人控制器为关节位置控制器、关节速度控制器、关节力矩控制器、笛卡尔空间位置控制器、笛卡尔空间速度控制器、笛卡尔空间力/力矩控制器中的一种或几种。

6.一种利用权利要求1-5任一项所述仿真平台实现面向空间多分支机器人在轨攀爬的动力学仿真方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

步骤一、编写机器人URDF模型；

步骤二、编写仿真场景.world文件；

步骤三、编写机器人控制器；

步骤四、配置机器人控制器；

步骤五、配置Gazebo插件；

步骤六、编写.launch文件加载仿真环境；

步骤七、通过人机交互界面或程序开发模块，完成仿真。