[发明专利]用于服务机器人操作演示与算法验证的三维仿真平台

说明书

本发明公开了一种用于服务机器人操作演示与算法验证的三维仿真平台，包括服务机器人仿真模型、三维居家仿真环境以及软硬件接口。所述服务机器人三维仿真模型模拟真实服务机器人，执行在重力、运动惯性以及摩擦力下的相应动作，并在物理引擎作用下自行遵守物理定律；所述三维居家仿真环境模拟真实环境，并利用环境的真实比例和物理参数搭建环境中的物体；所述软硬件接口实现对服务机器人三维仿真模型和三维居家仿真环境的操作以及与真实服务机器人的连接。本发明通过计算机仿真技术优化了传统服务机器人的开发流程，开发周期，使研发人员能够通过三维仿真环境的再现演示，更加全面测试算法，进而提高研发效率。

技术领域

本发明涉及机器人系统仿真技术领域，尤其是一种用于服务机器人操作演示与算法验证的三维仿真平台。

背景技术

随着机器人学的发展与社会老龄化加剧，服务机器人技术得到了国内外学者的广泛关注，且呈现出规模越来越大、复杂度越来越高的发展态势。服务机器人本身具有专业性强，人机交互性强等特点，要求服务机器人有足够的安全性和可靠性，因此在服务机器人设计及应用过程中，常常需要用到机器人仿真平台，通过仿真平台来模拟机器人以及应用环境，演示操作以及测试算法，给设计人员直观的机器人状态反馈。

在公开号为201410185300.1的专利中，提出了一种机器人仿真系统。此发明提出使用半物理模型的状态寄存器，数字机器人模型单元，通用分析平台接口和仿真监控界面，该仿真系统还包括外部设备，其与机器人控制器相连接，用于进行半物理硬件在环仿真。

此发明存在一些不足，没有提及针对机器人工作环境的建模，也没有对机器人的运动学和动力学进行精确的建模。事实上，对机器人工作环境的建模是构建机器人仿真系统中很重要的一环，在对机器人运动学和动力学研究的过程中，往往涉及与环境的交互过程，比如对环境中物体进行操作，对环境信息采集等。同时服务机器人在工作过程中会与人直接交互，故仿真平台只有提供在运动学和动力学层面上都具有参考意义的结果数据时，才会具有应用意义，因此需要对机器人的运动学和动力学进行精确的建模。

总之，针对服务机器人专业性强，人机交互性强等特点，适用于研究服务机器人操作演示和算法研究的仿真平台需要具备以下特点：精确的环境模型和机器人模型、丰富的传感器插件、通用的软硬件接口。

目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

发明内容

本发明为了克服上述不足，提出了一种用于服务机器人操作演示与算法验证的三维仿真平台，该平台更好地优化了传统服务机器人的开发流程以及开发周期。

为了实现上述目的，本发明是通过下述方案实现的：

一种用于服务机器人操作演示与算法验证的仿真平台，包括服务机器人仿真模型、三维居家仿真环境以及软硬件接口；其中：

所述服务机器人三维仿真模型：模拟真实服务机器人，执行在重力、运动惯性以及摩擦力下的相应动作，并在物理引擎作用下自行遵守物理定律；

所述三维居家仿真环境：模拟真实环境，并利用环境物体的真实比例和物理参数搭建环境中的物体；

所述软硬件接口：实现对服务机器人三维仿真模型在三维居家仿真环境中的操作以及与真实机器人的连接。

优选地，所述服务机器人三维仿真模型包括：运动关联模块、运动控制模块以及碰撞检测模块；其中：

所述运动关联模块以环节a和关节a为基本单位，描述真实服务机器人各组成部分以及相互关联关系，所述环节a中含有描述真实服务机器人组成部分的外观信息、碰撞信息以及运动学信息，所述关节a中含有描述真实服务机器人组成参数的阻尼、摩擦系数以及极限状态；