[发明专利]一种基于URDF的机器人动力学与控制通用仿真方法

说明书

本发明是一种基于URDF的机器人动力学与控制通用仿真方法。本发明涉及机器人仿真技术领域，本发明可以针对各种不同模型，以URDF模型描述为基础，利用多体动力学仿真软件MBDyn进行仿真，是一种基于URDF的机器人动力学与控制通用仿真方法。从三维建模软件中导出目标的URDF模型；在多体动力学仿真软件的.mbs配置文件中设置URDF模型的位置关系；在.mbs配置文件中设定输入输出参数，对模型进行运动控制；将.mbs配置文件导入MBDyn中进行多体动力学仿真，生成仿真动画，输出仿真结果。

技术领域

本发明涉及机器人仿真技术领域，可以针对各种不同模型，以URDF模型描述为基础，利用多体动力学仿真软件MBDyn进行仿真，是一种基于URDF的机器人动力学与控制通用仿真方法。

背景技术

多体系统动力学是研究多体系统运动规律的科学。它是一门高度综合的学科，涉及连续介质力学、有限单元法、结构力学。机器人多体系统的仿真前期是以现代计算力学为基础的仿真阶段，近期扩展到于结构、控制和优化结合的多体系统仿真阶段，正走向结合机-电-控与多物理场的多体产品仿真阶段。这就需要设计一种易于获取目标三维模型并进行驱动控制的通用化仿真方法。

研究与实验结果表明，现有机器人仿真工具在处理不同模型的控制仿真问题中存在模型导入不便捷、处理计算效率不高的问题。一些场景的机器人仿真与控制过度依赖国外软件资源。

综上所述，本发明利用三维建模软件导出目标的URDF模型，提出基于MBDyn多体动力学仿真软件的机器人动力学与控制仿真方法。通过在MBDyn的.mbs配置文件中引用URDF模型得到精度较高的仿真模型，并可以在配置文件中对模型施加驱动力、力矩、速度、位置等参数实现对模型的控制，可以针对多种不同三维模型进行高效便捷的仿真计算。

目前存在的一些动力学控制与仿真的方法存在着一些建模不方便、模型精度低、计算不高效的问题。比如vrep软件不便于处理三维模型，导入复杂模型时存在失真严重的问题；Adams与Matlab结合的方法不便于配置模型的连接、结构的惯量等约束与参数，不易于修改模型位置关系。而且这些软件大多从国外引进，用于国内一些重点科研项目时也存在信息安全问题。

发明内容

本发明为克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于URDF的机器人动力学与控制通用仿真方法，本发明提供了以下技术方案：

一种基于URDF的机器人动力学与控制通用仿真器，所述仿真器包括：

三维导出模块，所述三维导出模块从三维建模软件中导出机器人目标的URDF模型；

配置模块，所述配置模块多体动力学仿真软件的.mbs配置文件中设置URDF模型的位置关系；

控制模块，所述控制模块在.mbs配置文件中设定输入输出参数，对模型进行运动控制；

仿真模块，所述仿真模块将.mbs配置文件导入MBDyn中进行多体动力学仿真，生成仿真动画，输出仿真结果。

优选的，所述三维导出模块针对任意多体系统进行模型导出，导出为基于XML规范的通用机器人描述模型供MBDyn仿真调用。

优选的，所述软磁材料为纳米晶带材。

优选的，通过配置模块在.mbs文件中设置OG参数来给定URDF所描述模型的位置与姿态。

优选的，通过控制模块在.mbs配置文件中编辑INPUT与OUTPUT参数，从而给定输入输出参数，给定速度、给定位置或给定力矩作为驱动。

一种基于URDF的机器人动力学与控制通用仿真方法，包括以下步骤：

步骤1：从三维建模软件中导出目标的URDF模型；

步骤2：在多体动力学仿真软件的.mbs配置文件中设置URDF模型的位置关系；