一種實時交互式四足機器人多步態(tài)動力學建模方法及系統(tǒng)與流程
本發(fā)明涉及機器人動力學建模技術領域，具體涉及一種實時交互式四足機器人多步態(tài)動力學建模方法及系統(tǒng)。
背景技術：
機器人動力學建模方法為手動推導計算以及采用動力學軟件求解，前者對于簡單的機器人系統(tǒng)可行，但對于復雜的機器人系統(tǒng)，構建的動力學方程很復雜，很難獲得正確的解析解；采用動力學軟件建模相對容易。目前四足機器人動力學建模主要采用adams、recurdyn等動力學軟件建模以及ode等一些開源的動力學引擎，前者建模方法雖然精度高，但是計算很復雜，很難保證控制的實時性，因此很難匹配實際樣機的控制參數(shù)矯正要求，并且可拓展性較差，不便于二次開發(fā)；后者雖然可拓展性較強，但動力學高計算精確度與高實時性兼?zhèn)涞牟粔蛲怀觥?/p>
技術實現(xiàn)要素：
為解決上述現(xiàn)有技術中的不足，本發(fā)明的目的是提供一種實時交互式四足機器人多步態(tài)動力學建模方法及系統(tǒng)，基于vortex動力學引擎進行動力學實時解算，充分利用vortex高精確度、高實時交互、高拓展性的優(yōu)質建模特性，解算周期采用系統(tǒng)時鐘頻率實現(xiàn)精確定時，基于udp(userdatagramprotocol)協(xié)議通過客戶端-服務端通信的方式實時向圖形引擎任務傳輸機器人的狀態(tài)信息，進行平臺可視化分析，完成多步態(tài)模型嵌入的動力學系統(tǒng)的建模。
本發(fā)明的目的是采用下述技術方案實現(xiàn)的：
本發(fā)明提供一種實時交互式四足機器人多步態(tài)動力學建模方法，其改進之處在于：
構建四足機器人的多步態(tài)動力學系統(tǒng)、四足機器人和地形的圖形可視化模型；
所述多步態(tài)動力學系統(tǒng)與所述四足機器人和地形的圖形可視化模型之間采用多線程通信進行信息傳輸。
進一步地：所述構建四足機器人的多步態(tài)動力學系統(tǒng)，包括：
構建四足機器人單腿模型；
基于vortex搭建四足機器人的動力學模型及地形動力學模型；
建立關節(jié)控制器，執(zhí)行多步態(tài)控制模型產生的期望動力學行為。
進一步地：所述構建四足機器人單腿模型包括：
構建單腿運動學模型，包括腿部正運動學與逆運動學；
根據(jù)單腿運動學模型，計算腿部關節(jié)力雅可比矩陣j；
采用拉格朗日法構建無外力作用下的關節(jié)動力學模型；
將足端力向關節(jié)映射的力矩融入關節(jié)動力學模型；
優(yōu)選的，所述腿部正運動學公式為：
腿部逆運動學公式為：
θ1＝atan2(py,px)
腿部正運動學是獲得足部坐標系相對于髖關節(jié)坐標系的齊次變換矩陣t，足部坐標系指關節(jié)旋轉軸z4所在的坐標系，髖關節(jié)坐標系指的關節(jié)旋轉軸z1所在的坐標系；
腿部逆運動學是由足部相對髖關節(jié)坐標系的位置p＝(px,py,pz)求解關節(jié)角度；
式中：ai表示腿部關節(jié)連桿長度，si＝sinθi，ci＝cosθi，sij＝sin(θi+θj)，cij＝cos(θi+θj),θi表示第i關節(jié)的關節(jié)角度，i表示關節(jié)的序號，i＝1、2、3；kfh為前后腿關于角度符號的配置因子，前腿對應的kfh＝1，后腿對應的kfh＝-1；a1表示腿部關節(jié)自上而下連桿1的長度,a2表示腿部關節(jié)連桿2的長度,a3表示腿部關節(jié)連桿3的長度；c1＝cosθ1,s1＝sinθ1,c23＝cos(θ2+θ3),s23＝sin(θ2+θ3)；θ1、θ2、θ3分別表示第1、2、3關節(jié)的關節(jié)角度；px,py,pz分別表示足部相對髖關節(jié)坐標系x、y、z軸對應的位置；
優(yōu)選的，所述關節(jié)動力學模型為：
足端力向關節(jié)映射的力矩融入關節(jié)動力學模型為：
τf＝jtf
其中：q為關節(jié)角度，m為關節(jié)質量矩陣，c為哥氏力矩陣，g為重力矩陣，τ為關節(jié)驅動力矩，f為足端力，τf為足端力向關節(jié)映射的力矩；
進一步地：所述基于vortex搭建四足機器人的動力學模型及地形動力學模型，包括：
基于四足機器人三維實體模型，參照三維實體模型的結構尺寸及質心、質量，并賦予質量、轉動慣量和材料屬性，賦予四足機器人動力學模型的動力學屬性；
四足機器人動力學模型的桿件之間采用鉸接約束，足部與膝關節(jié)采用彈簧約束，根據(jù)桿件質量、質心和轉動慣量信息，結合桿件間的運動關系，構建連接副約束關系，基于地形模型動力學參數(shù)，建立典型的臺階、斜坡工況，賦予地形材料屬性，并針對不同的工況簡化為相應的碰撞幾何體，同時將機器人足部簡化為膠囊碰撞體，與地形進行碰撞檢測，形成四足機器人和地形可實時交互的動力學系統(tǒng)。
進一步地：所述建立關節(jié)控制器，執(zhí)行多步態(tài)控制模型產生的期望動力學行為，包括：
采用計算機時鐘頻率保證動力學解算的實時性，用于精確定時，并采用多線程技術進行通信；
在多步態(tài)動力學系統(tǒng)采用基于c++面向對象方式的多步態(tài)控制算法；
構建關節(jié)控制器，執(zhí)行多步態(tài)動力學系統(tǒng)產生的機器人動作；
優(yōu)選的，所述構建關節(jié)控制器為：
其中：關節(jié)控制器表示根據(jù)關節(jié)的位置和前饋力信息構建關節(jié)的驅動信號，θd為由單腿逆運動學模型計算期望的關節(jié)角度，θ為由動力學模型實時采集關節(jié)的位置信號，利用vortex動力學引擎實時迭代解算獲得實際關節(jié)角度；
根據(jù)動力學系統(tǒng)采樣頻率，
優(yōu)選的，所述關節(jié)pd控制器為：
式中：μpd表示關節(jié)pd控制器輸入。
進一步地：所述構建動力學行為可再現(xiàn)的四足機器人和地形的圖形可視化模型，包括：
基于機器人三維實體模型，采用vortex內置的圖形引擎模塊，構建四足機器人的圖形模型；
基于地形三維實體模型，采用vortex內置的圖形引擎模塊，構建地形的圖形模型；
在四足機器人與地形的圖形可視化任務中運用多線程技術，并采用客戶-服務端的方式與四足機器人與地形的動力學模型實時通信，將動力學實時解算的四足機器人與地形交互的動力學行為通過客戶-服務端的方式傳送至圖形引擎模塊中，動力學行為可再現(xiàn)的四足機器人和地形的圖形可視化模型。
進一步地：所述多步態(tài)動力學系統(tǒng)與所述四足機器人和地形的圖形可視化模型之間采用多線程通信進行信息傳輸，包括：
將多步態(tài)動力學系統(tǒng)作為客戶端，在多線程技術中構建基于udp協(xié)議的客戶端套接字；
將四足機器人與地形的圖形可視化模型作為服務端，在多線程技術中構建基于udp協(xié)議的服務端套接字；
多步態(tài)動力學系統(tǒng)與四足機器人和地形的圖形可視化模型之間的信息傳輸。
一種實時交互式四足機器人多步態(tài)動力學的建模系統(tǒng)，其改進之處在于，所述系統(tǒng)包括：
構建模塊，用于構建四足機器人的多步態(tài)動力學系統(tǒng)、四足機器人和地形的圖形可視化模型；
信息傳輸模塊，用于所述多步態(tài)動力學系統(tǒng)與所述四足機器人和地形的圖形可視化模型之間采用多線程通信進行信息傳輸。
進一步地，所述構建模塊，包括：
第一構建子模塊，用于構建四足機器人的多步態(tài)動力學系統(tǒng)；
第二構建子模塊，用于構建四足機器人和地形的圖形可視化模型；
優(yōu)選的，第一構建子模塊，進一步包括：
第一構建子單元，用于構建四足機器人單腿模型；
第二構建子單元，用于基于vortex搭建四足機器人的動力學模型及地形動力學模型；
第三構建子單元，用于建立關節(jié)控制器，執(zhí)行多步態(tài)控制模型產生的期望動力學行為；
優(yōu)選的，第二構建子模塊，進一步包括：
第四構建子單元，用于基于機器人三維實體模型，采用vortex內置的圖形引擎模塊，構建四足機器人的圖形模型；
第五構建子單元，用于基于地形三維實體模型，采用vortex內置的圖形引擎模塊，構建地形的圖形模型；
第六構建子單元，用于在四足機器人與地形的圖形可視化任務中運用多線程技術，并采用客戶-服務端的方式與四足機器人與地形的動力學模型實時通信，將動力學實時解算的四足機器人與地形交互的動力學行為通過客戶-服務端的方式傳送至圖形引擎模塊中，形成動力學行為可再現(xiàn)的四足機器人和地形的圖形可視化模型；
優(yōu)選的，信息傳輸模塊，包括：
客戶端模塊：用于將多步態(tài)動力學系統(tǒng)作為客戶端，在多線程技術中構建基于udp協(xié)議的客戶端套接字；
服務端模塊，用于將四足機器人與地形圖形可視化模型作為服務端，在多線程技術中構建基于udp協(xié)議的服務端套接字；
通信模塊，用于多步態(tài)動力學系統(tǒng)與四足機器人和地形的圖形可視化模型之間的信息傳輸。
進一步地，所述第一構建子單元，還用于：
確定腿部正運動學與逆運動學；
根據(jù)單腿運動學模型，計算腿部關節(jié)力雅可比矩陣；
采用拉格朗日法構建無外力作用下的關節(jié)動力學模型；
將足端力向關節(jié)映射的力矩融入關節(jié)動力學模型；
優(yōu)選的：第二構建子單元，還用于：
基于四足機器人三維實體模型，參照三維實體模型的結構尺寸及質心、質量，并賦予質量、轉動慣量和材料屬性，賦予四足機器人動力學模型的動力學屬性；
四足機器人動力學模型的桿件之間采用鉸接約束，足部與膝關節(jié)采用彈簧約束，根據(jù)桿件質量、質心和轉動慣量信息，結合桿件間的運動關系，構建連接副約束關系，基于地形模型動力學參數(shù)，建立典型的臺階、斜坡工況，賦予地形材料屬性，并針對不同的工況簡化為相應的碰撞幾何體，同時將機器人足部簡化為膠囊碰撞體，與地形進行碰撞檢測，形成四足機器人和地形可實時交互的動力學系統(tǒng)；
優(yōu)選的，第三構建子單元，還用于：
采用計算機時鐘頻率保證動力學解算的實時性，用于精確定時，并采用多線程技術進行通信；
在多步態(tài)動力學系統(tǒng)采用基于c++面向對象方式的多步態(tài)控制算法；
構建關節(jié)控制器，執(zhí)行多步態(tài)動力學系統(tǒng)產生的機器人動作。
與最接近的現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明提供的技術方案具有的有益效果是：
(1)采用計算機時鐘頻率的定時方式，定時精度高，多步態(tài)控制算法控制周期與采樣周期得到保證采用多線程技術實現(xiàn)客戶端與服務端的通信，減少內存占用，通信可靠性高；通過客戶端與服務端的實時通信，實現(xiàn)四足機器人與地形實時交互的可視化，完成多步態(tài)模型嵌入的動力學系統(tǒng)的建模，并且人員可借助數(shù)據(jù)接口實現(xiàn)對機器人的操控，人機交互性強，且易于診斷信息故障。
(2)通過融合關節(jié)pd控制及力矩前饋控制，建立關節(jié)的柔順性控制器，四足機器人足部與地面接觸時具有較優(yōu)的柔順性，可適用于不同的步態(tài)，通用性強。
(3)基于vortex的動力學引擎進行開發(fā)，實時性高，動力學解算精度高；
(4)采用c++面向對象的方式建模，可拓展性強，便于二次開發(fā)。
附圖說明
圖1是本發(fā)明提供的四足機器人單腿模型示意圖；
圖2是本發(fā)明提供的四足機器人與地形動力學建模流程圖；
圖3是本發(fā)明提供的四足機器人與地形圖形模型可視化示意圖；
圖4是本發(fā)明提供的多步態(tài)模型與動力學的嵌入框圖；
圖5是本發(fā)明提供的實時交互式四足機器人多步態(tài)動力學的建模系統(tǒng)的結構框圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步的詳細說明。
以下描述和附圖充分地示出本發(fā)明的具體實施方案，以使本領域的技術人員能夠實踐它們。其他實施方案可以包括結構的、邏輯的、電氣的、過程的以及其他的改變。實施例僅代表可能的變化。除非明確要求，否則單獨的組件和功能是可選的，并且操作的順序可以變化。一些實施方案的部分和特征可以被包括在或替換其他實施方案的部分和特征。本發(fā)明的實施方案的范圍包括權利要求書的整個范圍，以及權利要求書的所有可獲得的等同物。在本文中，本發(fā)明的這些實施方案可以被單獨地或總地用術語“發(fā)明”來表示，這僅僅是為了方便，并且如果事實上公開了超過一個的發(fā)明，不是要自動地限制該應用的范圍為任何單個發(fā)明或發(fā)明構思。
實施例一、
本發(fā)明提供一種面向對象的實時交互式四足機器人多步態(tài)動力學建模方法，包括動力學系統(tǒng)的構建、多步態(tài)模型的嵌入、多步態(tài)期望動力學行為的執(zhí)行、動力學行為的可視化，多步態(tài)控制模型產生期望的行走動作，基于單腿模型，利用vortex內置的碰撞檢測模塊實時動力學解算迭代獲得關節(jié)角度、力，在此基礎上構建關節(jié)控制器驅動，從而實現(xiàn)四足機器人期望的動力學行為，將產生的動力學行為在圖形模型中再現(xiàn)，并可稱為具有動力學行為的四足機器人虛擬樣機。
s1、構建四足機器人的多步態(tài)動力學系統(tǒng)、四足機器人和地形的圖形可視化模型；所述步驟s1進一步包括：
步驟1，構建四足機器人單腿模型；
步驟2，基于vortex搭建四足機器人與地形動力學模型；
s2、所述多步態(tài)動力學系統(tǒng)與所述四足機器人和地形的圖形可視化模型之間采用多線程通信進行信息傳輸。
具體步驟內容如下：
如圖1所示，步驟1，構建四足機器人單腿模型。具體包括：
步驟11：構建單腿運動學模型，包括腿部正運動學與逆運動學，通過構建單腿的坐標系，采用坐標齊次變換的方法，并根據(jù)腿的結構尺寸、幾何關系以及髖關節(jié)的布局，得到足端相對于髖關節(jié)的齊次變換矩陣及足端位置的逆解。
腿部正運動學是獲得足部坐標系相對于髖關節(jié)坐標系的齊次變換矩陣t，足部坐標系指的如圖1中的關節(jié)旋轉軸z4所在的坐標系，髖關節(jié)坐標系指的如圖1中的關節(jié)旋轉軸z1所在的坐標系，
公式中，ai表示腿部關節(jié)連桿長度，si＝sinθi，ci＝cosθi，sij＝sin(θi+θj)，cij＝cos(θi+θj),θi表示第i關節(jié)的關節(jié)角度，i表示關節(jié)的序號，i＝1、2、3；kfh為前后腿關于角度符號的配置因子，前腿對應的kfh＝1，后腿對應的kfh＝-1；a1表示腿部關節(jié)自上而下連桿1的長度,a2表示腿部關節(jié)連桿2的長度,a3表示腿部關節(jié)連桿3的長度；c1＝cosθ1,s1＝sinθ1,c23＝cos(θ2+θ3),s23＝sin(θ2+θ3)；θ1、θ2、θ3分別表示第1、2、3關節(jié)的關節(jié)角度；px,py,pz分別表示足部相對髖關節(jié)坐標系x、y、z軸對應的位置；
腿部逆運動學是由足部相對髖關節(jié)坐標系的位置p＝(px,py,pz)求解關節(jié)角度，求解結果如下：
θ1＝atan2(py,px)
公式中，kfh為前后腿關于角度符號的配置因子，前腿對應的kfh＝1，后腿對應的kfh＝-1。
步驟12：根據(jù)腿部運動學關系，求解腿部關節(jié)力雅可比矩陣j。
腿部關節(jié)力雅可比矩陣為足部基于髖關節(jié)坐標系描述的力/速度與關節(jié)力/速度的映射關系，求解結果：
步驟13：根據(jù)關節(jié)角度q，關節(jié)質量矩陣m，哥氏力矩陣c，重力矩陣g，關節(jié)驅動力矩τ，采用拉格朗日法構建無外力作用下的關節(jié)拉格朗日動力學方程。
步驟14：考慮足端力f向關節(jié)空間的映射關系，將足端力向關節(jié)映射的力矩τf融入關節(jié)動力學模型。
τf＝jtf(3)
如圖2、圖3所示，步驟2，基于vortex搭建四足機器人與地形動力學模型。vortex為多剛體動力學引擎，而且是基于c++面向對象的動力學建模工具，可進行多自由度機器人的多剛體動力學建模及地形建模，具有高精度、高實時、高拓展性的優(yōu)質特性，四足機器人動力學建模相當于構建具有動力學特性的虛擬樣機，以取代實際樣機，其關節(jié)實際的力和位置可由vortex內置的碰撞檢測模塊實時動力學解算迭代完成，要完成四足機器人虛擬樣機的多種步態(tài)的行走建模，需將多步態(tài)控制模型嵌入基于vortex二次開發(fā)的四足機器人動力學系統(tǒng)中，并將多步態(tài)控制模型轉化為關節(jié)驅動信號，完成虛擬樣機的行走驅動，為保證動力學系統(tǒng)的實時性，將四足機器人動力學建模、多步態(tài)模型、關節(jié)驅動通過多線程技術構建實時任務(客戶端)，為清晰分析、診斷動力學建模的有效性，基于vortex內置的圖形模塊，采用多線程技術構建地形及機器人圖形可視化分析任務(服務端)，通過udp通信實時將動力學信號傳輸至圖形模塊，實現(xiàn)四足機器人的多步態(tài)動力學行為在圖形可視化任務中的再現(xiàn)，形成完整的四足機器人多步態(tài)動力學系統(tǒng)。
具體包括：
步驟21：基于現(xiàn)有的四足機器人三維實體模型，參照實體的結構尺寸及質心、質量，做一些簡化處理，并賦予質量、轉動慣量、材料等屬性，賦予四足機器人仿真模型的動力學屬性。
步驟22：桿件之間采用鉸接約束，足部與膝關節(jié)采用彈簧約束，根據(jù)桿件質量、質心、轉動慣量等信息，結合桿件間的運動關系，構建連接副約束關系，實現(xiàn)四足機器人機構物理模型與圖形模型的建模。
步驟23：根據(jù)工況需求構建典型的行走工況，通過構建臺階、斜坡等典型工況物理模型與圖形模型，進而測試多種步態(tài)控制算法的地形適應性。
步驟24：四足機器人與地形的物理模型與圖形模型之間采用客戶-服務端的方式進行實時通信，將動力學實時解算的機器人的行為通過客戶-服務端的方式傳送至圖形引擎中實現(xiàn)圖形可視化。
圖4為多步態(tài)模型與動力學的嵌入框圖，包括多步態(tài)模型的嵌入、關節(jié)控制器的構建、多線程技術的引入、控制周期與采樣周期的精確時鐘定時，以及多線程任務中的客戶端-服務端的通信。具體包括以下步驟：
步驟31：采用計算機時鐘頻率實現(xiàn)精確定時保證控制周期與采樣周期。
步驟32：在客戶端與服務端均引入多線程技術，減少對主線程任務內存的占用，以保證通信的可靠性。
步驟33：以c++面向對象的方式將幾種典型的步態(tài)控制算法融入動力學系統(tǒng)，構成多步態(tài)動力學系統(tǒng)。
步驟34：構建關節(jié)控制器，具體為：由單腿逆運動學模型，求解期望的關節(jié)角度θd，并由關節(jié)位置傳感器實時采集關節(jié)的位置信號θ，并根據(jù)系統(tǒng)采樣頻率，實時求解關節(jié)的期望速度
所述構建關節(jié)控制器為：
其中：關節(jié)控制器表示根據(jù)關節(jié)的位置和力信息構建關節(jié)的驅動信號，θd為由單腿逆運動學模型計算期望的關節(jié)角度，θ為由動力學模型實時采集關節(jié)的位置信號，利用vortex動力學引擎實時迭代解算獲得實際關節(jié)角度；
優(yōu)選的，所述關節(jié)pd控制器為：
上述四步為執(zhí)行動力學解算(動力學模型)與再現(xiàn)動力學行為(圖形模型)的必要工作，第一步是保證動力學解算的實時性，第二步保證客戶端與服務端通信任務的構建，第三步是利用多步態(tài)控制模型產生期望的機器人動作，第四步是執(zhí)行多步態(tài)動力學系統(tǒng)產生的機器人動作，前兩步是動力學模型及圖形模型的構建框架，是并行關系，后兩步是動力學模型及圖形模型的多步態(tài)動作執(zhí)行，是順序關系。
步驟4，基于udp協(xié)議在多線程任務中構建客戶端-服務端的通信，完成動力學系統(tǒng)與圖形可視化之間的信息傳輸。具體包括：
步驟41：將多步態(tài)動力學系統(tǒng)作為客戶端，在多線程任務中構建基于udp協(xié)議的客戶端套接字。
步驟42：將四足機器人與地形圖形可視化任務作為服務端，在多線程任務中構建基于udp協(xié)議的服務端套接字。
實施例二、
基于同樣的發(fā)明構思，本發(fā)明還提供一種實時交互式四足機器人多步態(tài)動力學的建模系統(tǒng)，其結構圖如圖5所示，包括：
構建模塊，用于構建四足機器人的多步態(tài)動力學系統(tǒng)、四足機器人和地形的圖形可視化模型；
信息傳輸模塊，用于所述多步態(tài)動力學系統(tǒng)與所述四足機器人和地形的圖形可視化模型之間采用多線程通信進行信息傳輸。
進一步地，所述構建模塊，包括：
第一構建子模塊，用于構建四足機器人的多步態(tài)動力學系統(tǒng)；
第二構建子模塊，用于構建四足機器人和地形的圖形可視化模型；
優(yōu)選的，第一構建子模塊，進一步包括：
第一構建子單元，用于構建四足機器人單腿模型；
第二構建子單元，用于基于vortex搭建四足機器人的動力學模型及地形動力學模型；
第三構建子單元，用于建立關節(jié)控制器，執(zhí)行多步態(tài)控制模型產生的期望動力學行為；
優(yōu)選的，第二構建子模塊，進一步包括：
第四構建子單元，用于基于機器人三維實體模型，采用vortex內置的圖形引擎模塊，構建四足機器人的圖形模型；
第五構建子單元，用于基于地形三維實體模型，采用vortex內置的圖形引擎模塊，構建地形的圖形模型；
第六構建子單元，用于在四足機器人與地形的圖形可視化任務中運用多線程技術，并采用客戶-服務端的方式與四足機器人與地形的動力學模型實時通信，將動力學實時解算的四足機器人與地形交互的動力學行為通過客戶-服務端的方式傳送至圖形引擎模塊中，形成動力學行為可再現(xiàn)的四足機器人和地形的圖形可視化模型；
優(yōu)選的，信息傳輸模塊，包括：
客戶端模塊：用于將多步態(tài)動力學系統(tǒng)作為客戶端，在多線程技術中構建基于udp協(xié)議的客戶端套接字；
服務端模塊，用于將四足機器人與地形圖形可視化模型作為服務端，在多線程技術中構建基于udp協(xié)議的服務端套接字；
通信模塊，用于多步態(tài)動力學系統(tǒng)與四足機器人和地形的圖形可視化模型之間的信息傳輸。
進一步地，所述第一構建子單元，還用于：
確定腿部正運動學與逆運動學；
根據(jù)單腿運動學模型，計算腿部關節(jié)力雅可比矩陣；
采用拉格朗日法構建無外力作用下的關節(jié)動力學模型；
將足端力向關節(jié)映射的力矩融入關節(jié)動力學模型；
優(yōu)選的：第二構建子單元，還用于：
基于四足機器人三維實體模型，參照三維實體模型的結構尺寸及質心、質量，并賦予質量、轉動慣量和材料屬性，賦予四足機器人動力學模型的動力學屬性；
四足機器人動力學模型的桿件之間采用鉸接約束，足部與膝關節(jié)采用彈簧約束，根據(jù)桿件質量、質心和轉動慣量信息，結合桿件間的運動關系，構建連接副約束關系，基于地形模型動力學參數(shù)，建立典型的臺階、斜坡工況，賦予地形材料屬性，并針對不同的工況簡化為相應的碰撞幾何體，同時將機器人足部簡化為膠囊碰撞體，與地形進行碰撞檢測，形成四足機器人和地形可實時交互的動力學系統(tǒng)；
優(yōu)選的，第三構建子單元，還用于：
采用計算機時鐘頻率保證動力學解算的實時性，用于精確定時，并采用多線程技術進行通信；
在多步態(tài)動力學系統(tǒng)采用基于c++面向對象方式的多步態(tài)控制算法；
構建關節(jié)控制器，執(zhí)行多步態(tài)動力學系統(tǒng)產生的機器人動作。
本發(fā)明提供的一種面向對象的四足機器人和地形的圖形可視化模型建模方法及系統(tǒng)?；趘ortex動力學引擎進行動力學實時解算，充分利用vortex高精確度、高實時交互、高拓展性的優(yōu)質建模特性，解算周期采用系統(tǒng)時鐘頻率實現(xiàn)精確定時，基于udp(userdatagramprotocol)協(xié)議通過客戶端-服務端通信的方式實時向圖形引擎任務傳輸機器人的狀態(tài)信息，進行平臺可視化分析，完成多步態(tài)模型嵌入的動力學系統(tǒng)的建模。
本領域內的技術人員應明白，本申請的實施例可提供為方法、系統(tǒng)、或計算機程序產品。因此，本申請可采用完全硬件實施例、完全軟件實施例、或結合軟件和硬件方面的實施例的形式。而且，本申請可采用在一個或多個其中包含有計算機可用程序代碼的計算機可用存儲介質(包括但不限于磁盤存儲器、cd-rom、光學存儲器等)上實施的計算機程序產品的形式。
本申請是參照根據(jù)本申請實施例的方法、設備(系統(tǒng))、和計算機程序產品的流程圖和/或方框圖來描述的。應理解可由計算機程序指令實現(xiàn)流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結合。可提供這些計算機程序指令到通用計算機、專用計算機、嵌入式處理機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設備的處理器以產生一個機器，使得通過計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設備的處理器執(zhí)行的指令產生用于實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。
這些計算機程序指令也可存儲在能引導計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設備以特定方式工作的計算機可讀存儲器中，使得存儲在該計算機可讀存儲器中的指令產生包括指令裝置的制造品，該指令裝置實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能。
這些計算機程序指令也可裝載到計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設備上，使得在計算機或其他可編程設備上執(zhí)行一系列操作步驟以產生計算機實現(xiàn)的處理，從而在計算機或其他可編程設備上執(zhí)行的指令提供用于實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的步驟。
以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員依然可以對本發(fā)明的具體實施方式進行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請待批的本發(fā)明的權利要求保護范圍之內。
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