[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

权利要求书

1.一种用于服务机器人操作演示与算法验证的三维仿真平台，其特征在于，包括服务机器人三维仿真模型、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服务机器人的连接；

所述服务机器人三维仿真模型针对真实服务机器人进行三维建模，包括：运动关联模块、运动控制模块和碰撞检测模块；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的各组成部分及其相互关联关系；其中，所述环节a包括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包括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；

所述运动控制模块确保服务机器人三维仿真模型以确定状态运动，同时完成复合姿态运动，包括移动平台控制单元、关节控制单元、外部传感器控制单元、导航避障单元以及基于环境设计的其他基本动作控制单元；其中，所述移动平台控制单元将用户通过软硬件接口输入的运动指令，解析为服务机器人三维仿真模型执行运动时所需要的线速度和角速度；所述关节控制单元对服务机器人三维仿真模型的关节与位置和速度之间建立闭环，并通过PID控制器进行反馈调节；所述外部传感器控制单元选择服务机器人三维仿真模型上的机载传感器种类，设置传感器参数，完成服务机器人三维仿真模型对外部环境的感知；所述导航避障单元载入外部传感器控制单元获得的环境信息，据此建立地图，并实时更新，规划服务机器人三维仿真模型在该地图下的运动路径，避免服务机器人三维仿真模型与所观测到的环境中的物体发生碰撞；所述其他基本动作包括如下任意一项或任意多项动作：开门关门、抓取物体、放置物体、端水递药、自动巡逻；

所述碰撞检测模块确保服务机器人三维仿真模型在运动过程中自身各部分不发生碰撞，包括碰撞检测形状以及形状操作单元，所述碰撞检测形状采用任意一种或任意多种类型的包围体，所述形状操作单元对需要进行碰撞检测的物体依次求出上述碰撞检测形状的最小包围体，并利用需要进行碰撞检测的物体上各点与最小包围体之间的距离，选择各点距离求和最小的最小包围体作为物体的碰撞检测模型。

2.根据权利要求1所述的用于服务机器人操作演示与算法验证的三维仿真平台，其特征在于，所述外观信息是指利用计算机辅助设计软件构建真实服务机器人的视觉模型或利用服务机器人三维仿真平台内部函数构建几何形状模型；所述碰撞信息是指物体最小包围体种类、几何信息以及在环境中的位姿；所述运动学信息是指物体本身的几何信息和在环境中的位姿；所述极限状态是指真实服务机器人在真实环境中，各个关节的电机所能到达的极限位置。

3.根据权利要求2所述的用于服务机器人操作演示与算法验证的三维仿真平台，其特征在于，所述计算机辅助设计软件包括Autodesk；所述服务机器人三维仿真平台内部函数包括任务规划器函数、待抓取物体抓取姿态生成器函数、激光点云地图创建函数、运动指令解析函数和/或关节控制函数。