基于物理引擎的机器人动作生成方法技术

本发明专利技术公开了一种基于物理引擎的机器人动作生成方法，包括以下步骤：利用3D建模得到机器人模型，利用物理引擎构造模拟地面环境；设置机器人模型的重量、重力加速度和平面摩擦系数，并将其放置在模拟地面环境中；机器人模型根据模拟平台生成的动作信号在重力、运动惯性或摩擦力下执行相应的动作。本发明专利技术采用模拟平台、物理引擎和3D建模技术实现了在计算机内部高效模拟机器人的真实运动物理环境，实现了原本只有靠真机测试才能试验出的运动效果，提高了机器人动作生成与测试的效率，可大规模并行模拟运算，且无累积误差。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机器人领域，具体涉及基于物理引擎的机器人动作生成方法。
技术介绍
现有对机器人动作的调试主要是采取手动或程序生成动作集合，然后将动作集合烧录到机器人内部并进行实机测试才能得出实际运行结果，具体的操作需要人工一对一的对机器人动作进行真实测试，但是在长时间大量测试之后，机器人关节与结构件可能会因为严重磨损而需要调整或更换，否则误差会累积并影响测试结果，而为了避免误差的累积对测试结果的影响，需要及时调整或更换机器人的关节与结构件。综上所述，现有对机器人动作的调试技术存在以下缺点：(1)效率较低；(2)为了避免误差的累积对测试结果的影响需要及时调整或更换机器人的关节与结构件。有鉴于此，急需设计一种对机器人动作进行调试的新方法，实现高效且无累积误差的对机器人动作进行调试。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种对机器人动作进行调试的新方法，实现高效且无累积误差的对机器人动作进行调试的问题。为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是提供一种基于物理引擎的机器人动作生成方法，包括以下步骤：利用3D建模得到机器人模型，利用物理引擎构造模拟地面环境；设置机器人模型的重量、重力加速度和平面摩擦系数，并将其放置在模拟地面环境中；通过模拟平台生成的动作信号控制机器人模型在重力、运动惯性或摩擦力下执行相应的动作。在上述技术方案中，在同一个所述模拟地面环境中放置有多个所述机器人模型。在上述技术方案中，所述动作信号包括但不限于：每一帧各关节旋转角度与移动位置、每一帧各足末端相对于足坐标系的坐标位置、每一帧各足末端相对于机身中心坐标系的坐标位置、每一帧各足末端相对于虚拟场地平面坐标系的坐标位置、各足独立周期在起止时间内的坐标位置列表以及头部旋转信号。在上述技术方案中，所述物理引擎包括但不限于Havok和PhysX。在上述技术方案中，所述模拟地面环境包括地形和地面上的物体。在上述技术方案中，所述机器人模型包括但不限于：六足步行机器人、机械臂、人形机器人和多足机器人。本专利技术，采用模拟平台、物理引擎和3D建模技术实现了在计算机内部高效模拟机器人的真实运动物理环境，实现了原本只有靠真机测试才能试验出的运动效果，提高了机器人动作生成与测试的效率，可大规模并行模拟运算，且无累积误差。附图说明图1为本专利技术实施例提供的基于物理引擎的机器人动作生成方法流程图。具体实施方式下面结合说明书附图和具体实施方式对本专利技术做出详细的说明。本专利技术实施例提供了一种基于物理引擎的机器人动作生成方法，如图1所示，包括以下步骤：步骤101、利用3D建模得到机器人模型，利用物理引擎(例如Havok和PhysX)构造模拟地面环境。步骤102、设置机器人模型的重量、重力加速度和平面摩擦系数，并将其放置在模拟地面环境中。步骤103、通过模拟平台生成的动作信号控制机器人模型在重力、运动惯性或摩擦力下执行相应的动作。在同一个模拟地面环境中放置有多个机器人模型。上述机器人模型包括但不限于：六足步行机器人、机械臂、人形机器人和多足机器人。上述动作信号包括但不限于：每一帧各关节旋转角度与移动位置、每一帧各足末端相对于足坐标系的坐标位置、每一帧各足末端相对于机身中心坐标系的坐标位置、每一帧各足末端相对于虚拟场地平面坐标系的坐标位置、各足独立周期在起止时间内的坐标位置列表以及头部旋转信号。上述每一帧指的是机器人整个动作周期内的每一帧，各足独立周期指的是以各足为单位，独立做自己的动作，不受其他足的干涉，例如：1号足从0秒开始，以3秒为周期，每周期平均分为9帧，做一个向上抬起-向前移动落地-向后蹬地的循环动作；2号足从0.8秒开始，以5秒为周期，每周期平均分为15帧，做一个向上抬起-左右摆动两次-落回原位的动作。1号足和2号足的动作互不相干，但机器人内部程序根据这两个足的独立动作计算出整个机器人每一帧的姿态并执行，因此从机器人整体看来则是一套完整动作。上述机身中心坐标系为以机器人的机身圆心点为坐标原点，经坐标原点平行于机身平面并垂直于机器人头部的摄像头所在平面的连接线为Y轴，经坐标原点并垂直于Y轴方向的轴为X轴，经坐标原点并垂直于机身平面的轴为Z轴建立起来的坐标系。上述虚拟场地平面坐标系为以虚拟场地平面的中心点或边缘的某个点为坐标原点，虚拟场地平面为X-Y平面，经坐标原点并垂直于X-Y平面的轴为Z轴建立起来的坐标系，虚拟场地平面坐标系用于机器人根据动作信号寻找目标移动位置，计算移动路径。上述足坐标系为以每足根部与机身连接点为坐标原点，经坐标原点的机身切线为X轴，以坐标原点与机身圆心点的连接延长线为Y轴、经坐标原点垂直于X轴和Y轴的轴为Z轴的坐标系。在本专利技术中，以在标准站立姿态下各足末端的位置为参照，计算出各足末端的平移直线路径，由于在标准站立姿态下，足末端和机身圆心点的相对位置是固定的，所以在机身位于任意位置时，都能算出各足末端的坐标，所以也就能通过机身圆心点平移路径计算出各足末端的平移路径。通过坐标变换算法建立足坐标系与机身中心坐标系的对应关系具体包括以下步骤：通过机器人旋转得到机身中心坐标系(x,y)在足坐标系中的坐标(x’，y’)为： x ′ y ′ = cos θ - sin θ + sin θ cos θ x y . ; ]]>其中，θ为机身圆心点和机器人头部摄像头方向的连线与机身圆心点和足根部在机身连接点连线的夹角；通过机器人旋转之后再进行平移得到机身中心坐标系(x,y,z)在足坐标系中的坐标(x”,y”,z”)，其中x”＝x’；y”＝y’+r；r为机身半径本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于物理引擎的机器人动作生成方法，其特征在于，包括以下步骤：利用3D建模得到机器人模型，利用物理引擎构造模拟地面环境；设置机器人模型的重量、重力加速度和平面摩擦系数，并将其放置在模拟地面环境中；通过模拟平台生成的动作信号控制机器人模型在重力、运动惯性或摩擦力下执行相应的动作。

【技术特征摘要】
1.基于物理引擎的机器人动作生成方法，其特征在于，包括以下步骤：利用3D建模得到机器人模型，利用物理引擎构造模拟地面环境；设置机器人模型的重量、重力加速度和平面摩擦系数，并将其放置在模拟地面环境中；通过模拟平台生成的动作信号控制机器人模型在重力、运动惯性或摩擦力下执行相应的动作。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在同一个所述模拟地面环境中放置有多个所述机器人模型。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述动作信号包括但不限于：每一帧各关节旋转角度与移动位置、每...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙天齐，
申请(专利权)人：奇弩北京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11