机器人仿真运动控制系统、方法及动力模组负载仿真模块与流程

本申请涉及机器人仿真控制领域，更具体地，涉及一种机器人仿真运动控制系统、方法及动力模组负载仿真模块。

背景技术：

1、目前，在机器人的设计及应用过程中，需要通过仿真来模拟机器人的动力单元（机器人的各关节）的状态及性能参数，从而，开发人员根据仿真所提供的数据进行机器人的实际应用开发。在相关技术中，通常是通过在普通通用计算机平台上建立完整的仿真环境来实现机器人的运动仿真，或者是通过直接将控制器部署在机器人整机上进行机器人的动力单元的实际场景实验开发，其实验成本较高、且机器人存在损坏风险，开发和测试效率低。如何提高机器人的动力单元仿真运动控制的开发和测试效率，且降低实验成本较高以及避免机器人损坏风险成为亟待解决的问题。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本申请实施例提出了一种机器人仿真运动控制系统、方法及动力模组负载仿真模块，以改善上述问题。

2、根据本申请实施例的第一方面，提供了一种机器人仿真运动控制系统，所述机器人仿真运动控制系统包括机器人控制器、多关节机械单元、仿真单元、负载控制单元以及负载单元，其中：

3、所述仿真单元用于发送机器人的当前仿真状态信息和/或外部环境力信息至所述机器人控制器；所述机器人控制器用于根据所述机器人的当前仿真状态信息确定所述多关节机械单元的目标运动控制指令，并将所述目标运动控制指令发送至所述多关节机械单元和所述仿真单元；所述多关节机械单元用于执行所接收的所述目标运动控制指令；所述仿真单元用于将机器人当前仿真状态信息和/或所述外部环境力信息发送给所述负载控制单元；所述负载控制单元用于接收所述机器人的当前仿真状态信息和/或所述外部环境力信息，并获取所述多关节机械单元的第一动力系统状态信息或者所述机器人控制器的第二动力系统状态信息，其中，所述第一动力系统状态信息为所述多关节机械单元的实际信息，所述第二动力系统状态信息为所述机器人控制器的目标信息；所述负载控制单元用于根据机器人的当前仿真状态信息和/或所述外部环境力信息、所述第一动力系统状态信息或第二动力系统状态信息，确定负载控制指令，并将所述负载控制指令发送至所述负载单元；所述负载单元用于根据所述负载控制指令模拟出所述机器人的外部环境力，并加载至所述多关节机械单元。

4、根据本申请实施例的第二方面，提供了一种机器人动力单元仿真运动控制方法，所述方法应用于第一方面的机器人动力单元仿真运动控制系统，所述机器人动力单元仿真运动控制系统包括机器人控制器、多关节机械单元、仿真单元、负载控制单元以及负载单元，所述方法包括：所述仿真单元发送机器人的当前仿真状态信息和/或外部环境力信息至所述机器人控制器；所述机器人控制器根据所述机器人的当前仿真状态信息确定所述多关节机械单元的目标运动控制指令，并将所述目标运动控制指令发送给所述多关节机械单元和所述仿真单元；所述多关节机械单元执行所接收的所述目标运动控制指令；所述仿真单元将机器人当前仿真状态信息和/或所述外部环境力信息发送给负载控制单元；所述负载控制单元接收所述机器人当前仿真状态信息和/或所述外部环境力信息，并获取所述多关节机械单元的第一动力系统状态信息或者所述机器人控制器的第二动力系统状态信息，其中，所述第一动力系统状态信息为所述多关节机械单元的实际信息，所述第二动力系统状态信息为所述机器人控制器的目标信息；所述负载控制单元根据机器人当前仿真状态信息和/或所述外部环境力信息、所述第一动力系统状态信息或第二动力系统状态信息，确定负载控制指令，并将所述负载控制指令发送至所述负载单元；所述负载单元根据所述负载控制指令模拟出所述机器人的外部环境力，并加载至所述多关节机械单元。

5、根据本申请实施例的第三方面，提供了一种动力模组负载仿真模块，所述动力模组负载仿真模块包括负载控制单元和负载单元：所述负载控制单元接收的所述机器人当前仿真状态信息和/或所述外部环境力信息，并获取所述多关节机械单元的第一动力系统状态信息或者所述机器人控制器的第二动力系统状态信息，其中，所述第一动力系统状态信息为所述多关节机械单元的实际信息，所述第二动力系统状态信息为所述机器人控制器的目标信息，所述仿真单元发送机器人的当前仿真状态信息和/或外部环境力信息至所述机器人控制器；所述机器人控制器根据所述机器人的当前仿真状态信息确定所述多关节机械单元的目标运动控制指令，并将所述目标运动控制指令发送至所述多关节机械单元和所述仿真单元；所述多关节机械单元执行所接收的所述目标运动控制指令；所述仿真单元用于将机器人当前仿真状态信息和/或所述外部环境力信息发送给所述负载控制单元；所述负载控制单元根据机器人当前仿真状态信息和/或所述外部环境力信息、所述第一动力系统状态信息或第二动力系统状态信息，确定负载控制指令，并将所述负载控制指令发送至所述负载单元；所述负载单元接收所述负载控制指令，并根据所述负载控制指令模拟出所仿真述机器人的外部环境力，并加载至所述多关节机械单元。

6、在本申请的方案中，该机器人动力单元仿真运动控制系统，包括机器人控制器、多关节机械单元、仿真单元、负载控制单元以及负载单元，其中，仿真单元用于发送机器人的当前仿真状态信息和/或外部环境力信息至机器人控制器，机器人的目标当前仿真状态信息用于指示机器人的关节动力模组的转动角度信息、机器人的关节动力模组的转速信息、机器人的关节动力模组的力矩信息的至少一个信息；机器人控制器用于根据机器人的当前仿真状态信息确定多关节机械单元的目标运动控制指令，并将目标运动控制指令发送至多关节机械单元和仿真单元；多关节机械单元用于执行所接收的目标运动控制指令；仿真单元用于将机器人的当前仿真状态信息和/或外部环境力信息发送给负载控制单元；负载控制单元用于接收机器人当前仿真状态信息和/或外部环境力信息，并获取多关节机械单元的第一动力系统状态信息或者机器人控制器的第二动力系统状态信息，其中，第一动力系统状态信息为多关节机械单元的实际信息，第二动力系统状态信息为机器人控制器的目标信息；负载控制单元用于根据机器人当前仿真状态信息和/或外部环境力信息、第一动力系统状态信息或第二动力系统状态信息，确定负载控制指令，并将负载控制指令发送至负载单元；负载单元用于根据负载控制指令模拟出机器人的外部环境力，并加载至多关节机械单元。

7、本申请所提供的机器人仿真运动控制系统，通过仿真单元、负载控制单元和负载单元，分别为机器人的机器人控制器和多关节机械单元提供机器人在运动控制过程中所需的当前仿真状态信息和外部环境力信息，从而，机器人的多关节机械单元对应的各关节会产生真实任务场景所需的力矩、速度、位置等，以使机器人的多关节机械单元可以在不落地的情况下完成机器人必须在真实场景才能完成的运动控制开发和测试，降低实验成本，避免了机器人损坏风险，并且提高了机器人运动仿真控制的开发效率和测试效率。

技术特征：

1.一种机器人仿真运动控制系统，其特征在于，所述机器人仿真运动控制系统包括机器人控制器、多关节机械单元、仿真单元、负载控制单元以及负载单元，其中：

2.根据权利要求1所述的机器人仿真运动控制系统，其特征在于，若所述多关节机械单元为至少一个关节动力模组，所述负载单元包括至少一个负载电机，所述至少一个关节动力模组和所述至少一个负载电机对拖设置，所述仿真单元用于将机器人的当前仿真状态信息和所述外部环境力信息发送至所述负载控制单元，所述外部环境力信息至少包括腿部结构的重力、运动惯性力、科式力、地面碰撞力；所述负载控制单元用于接收所述机器人的当前仿真状态信息和所述外部环境力信息，并获取所述多关节机械单元的第一动力系统状态信息或者所述机器人控制器的第二动力系统状态信息；所述负载控制单元用于根据所述机器人的当前仿真状态信息、所述外部环境力信息、所述第一动力系统状态信息或所述第二动力系统状态信息，确定所述负载控制指令，并将所述负载控制指令发送至所述负载单元；所述负载单元用于根据所述负载控制指令模拟出所述重力、所述运动惯性力、所述科式力和所述地面碰撞力并加载至所述多关节机械单元。

3.根据权利要求1所述的机器人仿真运动控制系统，其特征在于，若所述多关节机械单元为机器人的至少一个多关节机械结构，所述负载单元包括与所述多关节机械结构上的至少一个关节电机相适配的至少一个负载电机，或所述负载单元包括与所述多关节机械结构相适配的伺服系统，其中，所述伺服系统为包含多维力传感器的力控闭环系统；所述仿真单元用于将所述当前仿真状态信息和所述外部环境力信息发送至所述负载控制单元，所述外部环境力信息包括地面碰撞力；所述负载控制单元用于接收所述当前仿真状态信息和所述外部环境力信息，并获取所述多关节机械单元的第一动力系统状态信息或者所述机器人控制器的第二动力系统状态信息；所述负载控制单元用于根据所述当前仿真状态信息、所述外部环境力信息、所述第一动力系统状态信息或所述第二动力系统状态信息，确定负载控制指令，并将所述负载控制指令发送至所述负载单元；所述负载单元用于根据所述负载控制指令模拟出所述地面碰撞力并加载至所述多关节机械单元。

4.根据权利要求1所述的机器人仿真运动控制系统，其特征在于，所述机器人控制器还用于接收控制指令，并将所述控制指令发送至所述多关节机械单元和/或所述仿真单元，所述控制指令为与所述机器人控制器通信连接的外部控制器所发送的指令。

5.根据权利要求1-4任一项所述的机器人仿真运动控制系统，其特征在于，还包括上位机单元，所述上位机单元用于获取所述第一动力系统状态信息和所述第二动力系统状态信息以及获取所述机器人控制器发送的目标运动控制指令；

6.根据权利要求5所述的机器人仿真运动控制系统，其特征在于，所述上位机单元还用于获取所述机器人控制器发送的所述目标运动控制指令和所述仿真平台发送的仿真参数；所述上位机单元用于根据所述目标运动控制指令或所述仿真参数对所述机器人的运动状态进行调整。

7.根据权利要求6所述的仿真运动控制系统，其特征在于，在所述负载单元根据所述负载控制指令模拟出所述机器人的各关节的重力、运动惯性力、科式力和/或外部环境作用力，并加载至所述多关节机械单元时，所述上位机单元还用于获取所述多关节机械单元的第一性能状态信息和/或所述负载单元的第二性能状态信息；所述上位机单元根据所述第一性能状态信息和/或所述第二性能状态信息进行异常分析，并在监测到异常数据后上报异常分析结果。

8.一种机器人仿真运动控制方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1-7所述的机器人仿真运动控制系统，所述机器人仿真运动控制系统包括机器人控制器、多关节机械单元、仿真单元、负载控制单元以及负载单元，所述方法包括：

9.一种机器人仿真运动控制方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1-7所述的负载控制单元和负载单元，所述方法包括：

10.一种动力模组负载仿真模块，其特征在于，所述动力模组负载仿真模块包括负载控制单元和负载单元：

技术总结
本申请公开了一种机器人仿真运动控制系统、方法及动力模组负载仿真模块，包括机器人控制器、多关节机械单元、仿真单元、负载控制单元以及负载单元，仿真单元发送机器人的当前仿真状态信息和外部环境力信息至机器人控制器；机器人控制器根据机器人的当前仿真状态信息和确定多关节机械单元的目标运动控制指令；多关节机械单元执行目标运动控制指令；仿真单元将机器人的当前仿真状态信息和/或外部环境力信息发送给负载控制单元；负载控制单元获取第一动力系统状态信息或者第二动力系统状态信息，并确定负载控制指令；负载单元模拟出机器人的外部环境力，并加载至动力单元。本申请提高了机器人动力单元仿真运动控制的开发效率和测试效率。

技术研发人员：赵同阳
受保护的技术使用者：深圳鹏行智能研究有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12