[发明专利]一种装备三维模型机构运动通用控制方法

摘要

本发明提供的一种装备三维模型运动通用控制方法，包括计算机，计算机中存储和运行有管理和控制程序；装备三维模型，建立树状组织结构；建立坐标系，包括特定三维空间坐标系和绝对坐标系与相对坐标系，给出了特定三维空间坐标系的空间变换矩阵M的计算公式，和从相对坐标系到绝对坐标系的转换方法，使用空间变换矩阵实现部件在绝对坐标系中的运动控制。给出了运动控制参数配置和运动控制过程。本发明不需要针对具体型号装备进行专门软件开发，只需要对软件参数进行配置即可完成运动控制，具有对操作人员要求低、准备时间短、适用型号多的特点，具有通用性，有很强的实用价值。

主权项

1.一种装备三维模型运动通用控制方法，其特征在于，步骤和条件如下：【1】．硬件：包括计算机，计算机要具备如下技术条件：a.具备网络通信接口，能接收驱动数据；b.显示设备包括显示器或投影仪；c.输入设备包括键盘和鼠标；计算机中存储和运行有管理和控制程序；【2】．装备三维模型：装备三维模型由多个独立的部件组成，根据装备的结构和工作原理，部件采用树状结构组织，第1级部件为根部件，根部件上可以连接多个部件作为第2级部件，第2级的每一个部件也可以连接多个部件作为第3级部件，依次类推构成树状组织结构；装备三维模型运动是指装备三维模型中一个部件或多个部件的运动组合，部件运动方式有旋转、平移、分离三种基本类型；【3】．坐标系：[1]特定三维空间坐标系：部件的运动用特定三维空间坐标系的平移参数和旋转参数表示，假设部件i所在特定三维空间坐标系用(OXYZ) m表示，部件i在该坐标系中的位置姿态可以用参数Pm(Xi，Yi，Zi，Φi，Θi，Ψi)表示，其中(Xi，Yi，Zi)表示部件i在三个坐标轴方向的平移分量，(Φi，Θi，Ψi)表示部件i在三个坐标轴方向上的旋转分量，根据参数Pm可以计算部件在特定三维空间坐标系(OXYZ) m的空间变换矩阵M，计算公式如下：[2]绝对坐标系与相对坐标系：在控制程序中，部件的位置姿态用固定在大地上某一点的三维空间坐标系(OXYZ) a简称绝对坐标系表示，绝对坐标系中的位置姿态数用Pa(Xi，Yi，Zi，Φi，Θi，Ψi)表示，部件的运动用参数Pa对应的空间变换矩阵M_a控制，为了便于计算和描述，部件i用与固定在部件i所连接的上一级部件n上的三维空间坐标系(OXYZ) ri（简称相对坐标系）表示，部件i在相对坐标系中的位置姿态参数为Pri(Xi，Yi，Zi，Φi，Θi，Ψi)；从相对坐标系 (OXYZ) ri到绝对坐标系(OXYZ) a的转换方法如下：假设根部件1在绝对坐标系(OXYZ) a中变换矩阵为M₁，第2级部件在部件1固连三维空间坐标系中的空间变换矩阵为M₂，部件n的空间变换矩阵为M_n，部件i的空间变换矩阵为Mi，则部件i在绝对坐标系中的变换矩阵为：，使用空间变换矩阵Mai即可实现部件i在绝对坐标系(OXYZ) a中的运动控制；【4】．运动控制参数配置： 控制程序的运动控制参数配置由下列步骤顺序完成：步骤100：开始，开始配置流程；步骤105：根据装备的工作原理，列出所有部件在运动过程中需要执行的动作，分析每一个动作在相对坐标系(OXYZ) ri中的运动初始位置姿态参数Pri(Xi0，Yi0，Zi0，Φi0，Θi0，Ψi0)，运动终止位置姿态参数Pri(Xin，Yin，Zin，Φin，Θin，Ψin)和动作执行时间Ti；步骤110：将步骤105中确定的部件运动参数作为输入提交给控制程序；步骤115：根据控制步长t计算并保存每一部件的位置姿态偏移量ΔXi=(Xin‑Xi0)t/Ti，ΔYi=(Yin‑Yi0)t/Ti，ΔZi=(Zin‑Zi0)t/Ti，ΔΦi=(Φin‑Φi0)t/Ti，ΔΘi=(Θin‑Θi0)t/Ti，ΔΨi=(Ψin‑Ψi0)t/Ti；步骤120：为每一部件指定控制指令，并输入运动控制程序，控制指令是外部的驱动数据，用户鼠标或键盘输入；步骤125：结束，运动控制参数配置流程结束；【5】．运动控制过程：控制程序的运动控制过程由下列步骤顺序完成：步骤200：开始；步骤205：在计算机中设置定时器步长t；步骤210：启动定时器；步骤215：读取第1个部件状态；步骤220：判断部件的控制指令是否已经输入，否，进行步骤235，是，进行步骤225；步骤225：读取部件当前运动参数Pri(Xij，Yij，Zij，Φij，Θij，Ψij)，计算部件的新运动姿态参数Pri2(Xij+ΔXi，Yij+ΔYi，Zij+ΔZi，Φij+ΔΦi，Θij+ΘXi，Ψij+ΔΨi)；步骤230：根据计算的部件的新运动参数Pri2，计算绝对坐标系下的空间变换矩阵Mai，根据Mai控制部件更新到新的控制位置姿态；步骤235：判断当前处理的部件是否为最后一个部件，否，进行步骤240，是，进行步骤245；步骤240：读取下一个部件状态，跳转到步骤220，循环完成所有部件的处理；步骤245：判断运动执行时间是否小于部件运动时间Ti，如果小于Ti，定时器继续工作，跳转到步骤250等待下一个定时周期，否则，停止定时器，进行步骤255；步骤250：判断定时步长t是否完成，是，跳转到步骤215，开始下一个定时周期，否，跳转到本步骤，循环判断，直到定时步长完成；步骤255：保存所有部件的运动参数；步骤260：结束，运动控制过程结束。