本發(fā)明涉及機(jī)器人設(shè)計(jì)，特別是涉及一種基于模塊化仿真的服務(wù)機(jī)器人設(shè)計(jì)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著科技的進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展，服務(wù)機(jī)器人廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、餐飲、娛樂(lè)、教育、家庭服務(wù)等各個(gè)領(lǐng)域，用戶對(duì)服務(wù)機(jī)器人的特定要求也越來(lái)越多樣化，相應(yīng)的，服務(wù)機(jī)器人的開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)的難度越來(lái)越大，開(kāi)發(fā)成本也越來(lái)越高；目前，服務(wù)機(jī)器人的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)存在技術(shù)復(fù)雜性、市場(chǎng)需求多樣性、安全標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格性、安全倫理考量以及法律法規(guī)等方面的挑戰(zhàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于模塊化仿真的服務(wù)機(jī)器人設(shè)計(jì)方法及系統(tǒng)，能夠提高服務(wù)機(jī)器人的設(shè)計(jì)效率，降低開(kāi)發(fā)成本，增強(qiáng)可維護(hù)性和可擴(kuò)展性，并加速市場(chǎng)應(yīng)用。

2、一種基于模塊化仿真的服務(wù)機(jī)器人設(shè)計(jì)方法，包括：

3、根據(jù)工作任務(wù)和工作環(huán)境，確定服務(wù)機(jī)器人的總服務(wù)功能和性能指標(biāo)；

4、將所述總服務(wù)功能劃分為多個(gè)獨(dú)立的子功能，并構(gòu)建各所述子功能的目標(biāo)模塊；所述目標(biāo)模塊按功能劃分為運(yùn)動(dòng)模塊、任務(wù)模塊或輔助模塊；

5、根據(jù)所述性能指標(biāo)，從預(yù)設(shè)的模塊庫(kù)中匹配出各所述目標(biāo)模塊的最優(yōu)模塊，以作為仿真模塊；

6、根據(jù)所述工作環(huán)境的環(huán)境特征，構(gòu)建各個(gè)仿真模塊之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系和數(shù)據(jù)交換形式，并將所述環(huán)境特征映射至仿真環(huán)境測(cè)試平臺(tái)的模擬仿真環(huán)境中；所述結(jié)構(gòu)關(guān)系包括：物理關(guān)系、拓?fù)潢P(guān)系和內(nèi)在控制關(guān)系；所述環(huán)境特征包括：溫度、濕度、光照和障礙物分布；

7、基于所述模擬仿真環(huán)境，對(duì)各所述仿真模塊進(jìn)行單元測(cè)試和調(diào)整，以令各目標(biāo)模塊能夠完成各自的預(yù)期工作；所述模擬測(cè)試包括功能測(cè)試和性能測(cè)試；

8、對(duì)完成初步的模擬測(cè)試和調(diào)整的各仿真模塊進(jìn)行部件預(yù)組裝配，并進(jìn)行組裝測(cè)試和調(diào)整，獲得所述服務(wù)機(jī)器人的三維仿真模型；

9、生成與所述三維仿真模型相對(duì)應(yīng)的裝配圖；

10、根據(jù)用戶需求和所述性能指標(biāo)，對(duì)實(shí)體服務(wù)機(jī)器人的安裝組件、操作系統(tǒng)和軟件功能組件進(jìn)行調(diào)試，獲得最終的服務(wù)機(jī)器人；所述實(shí)體服務(wù)機(jī)器人是根據(jù)所述裝配圖完成實(shí)體組裝。

11、可選的，所述模塊庫(kù)的構(gòu)建過(guò)程包括：

12、將已建模的服務(wù)機(jī)器人的關(guān)鍵組件，以及由所述關(guān)鍵組件組成的模塊導(dǎo)入仿真平臺(tái)，以作為待檢模塊存檔；

13、根據(jù)所述服務(wù)機(jī)器人的功能需求，在模塊庫(kù)中檢索是否存與所述待檢模塊相匹配的所需模塊；若檢索存在，則查詢所述所需模塊是否存在屬性信息，若是，則將所述所需模塊存入模塊庫(kù)并導(dǎo)入仿真平臺(tái)，若否，則從預(yù)存文件中提取相應(yīng)的屬性信息，之后將添加有屬性信息的所需模塊存入模塊庫(kù)并導(dǎo)入仿真平臺(tái)；所述預(yù)存文件包括：說(shuō)明書(shū)、說(shuō)明文檔和工程文件；

14、若檢索不存在，則檢索是否存在下級(jí)模塊，若是，則將所述下級(jí)模塊作為所需模塊，若否，則根據(jù)所述所需模塊的說(shuō)明書(shū)確定屬性要求范圍，之后根據(jù)對(duì)應(yīng)的國(guó)際/國(guó)內(nèi)/行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，確定所述所需模塊的關(guān)鍵指標(biāo)，并判斷所述關(guān)鍵指標(biāo)是否符合所述屬性要求范圍，若符合則存入模塊庫(kù)并導(dǎo)入仿真平臺(tái)，若不符合則進(jìn)行仿真驗(yàn)證，仿真驗(yàn)證通過(guò)則將模塊存入模塊庫(kù)并導(dǎo)入仿真平臺(tái)，仿真驗(yàn)證不通過(guò)則將模塊作為新待檢模塊存檔，并利用所述新待檢模塊對(duì)所述模塊庫(kù)進(jìn)行更新。

15、可選的，所述模塊庫(kù)中的各個(gè)模塊按照預(yù)設(shè)編碼規(guī)律進(jìn)行編碼存儲(chǔ)；所述預(yù)設(shè)編碼規(guī)律為第一碼位為歸類名稱首拼，第二碼位為功能描述，第三碼位為模塊型號(hào)，第四碼位為模塊尺寸，第五碼位為模塊的完整名稱。

16、可選的，利用以下公式確定所述新待檢模塊與所述模塊庫(kù)的當(dāng)前模塊之間的匹配程度：

17、

18、其中，ωk表示屬性k的相關(guān)權(quán)重系數(shù)，fi表示新待檢模塊，fj表示當(dāng)前模塊。

19、可選的，利用所述新待檢模塊對(duì)所述模塊庫(kù)進(jìn)行更新，包括：

20、比較所述匹配程度rij與預(yù)設(shè)匹配程度閾值λ的大小，若rij＜λ，則對(duì)所述新待檢模塊進(jìn)行仿真驗(yàn)證，若驗(yàn)證成功，則對(duì)所述新待檢模塊進(jìn)行編碼處理后添加至模塊庫(kù)，否則繼續(xù)作為新待檢模塊存檔；若rij≥λ，則結(jié)合仿真結(jié)果對(duì)所述當(dāng)前模塊的屬性信息進(jìn)行校正與更新。

21、可選的，根據(jù)所述服務(wù)機(jī)器人的功能需求，在所述待檢模塊中檢索是否存在相匹配的所需模塊，包括：

22、根據(jù)所需模塊的屬性信息，設(shè)定第一檢索條件的匹配程度閾值為λ1，并結(jié)合所述環(huán)境特征值和所需模塊的屬性信息，設(shè)定第二檢索條件的匹配程度閾值為λ2；其中，λ1＜λ2；設(shè)定fi為模塊庫(kù)中的存儲(chǔ)模塊，fj為用戶所需模塊，fi與fj之間的匹配程度滿足公式其中，ωk表示屬性k的相關(guān)權(quán)重系數(shù)，

23、若rij≥λ2，則認(rèn)為所述模塊庫(kù)中篩選的當(dāng)前模塊匹配；若λ1≤rij＜λ2，則根據(jù)用戶需求及仿真結(jié)果，確定是否對(duì)所述當(dāng)前模塊進(jìn)行調(diào)整；若rij＜λ1，則認(rèn)為無(wú)法匹配，繼續(xù)從所述模塊庫(kù)中進(jìn)行篩選。

24、本發(fā)明還提供了一種基于模塊化仿真的服務(wù)機(jī)器人設(shè)計(jì)系統(tǒng)，包括：

25、功能及指標(biāo)確定模塊，用于根據(jù)工作任務(wù)和工作環(huán)境，確定服務(wù)機(jī)器人的總服務(wù)功能和性能指標(biāo)；

26、模塊設(shè)計(jì)及構(gòu)建模塊，用于將所述總服務(wù)功能劃分為多個(gè)獨(dú)立的子功能，并構(gòu)建各所述子功能的目標(biāo)模塊；所述目標(biāo)模塊按功能劃分為運(yùn)動(dòng)模塊、任務(wù)模塊或輔助模塊；

27、檢索匹配模塊，用于根據(jù)所述性能指標(biāo)，從預(yù)設(shè)的模塊庫(kù)中匹配出各所述目標(biāo)模塊的最優(yōu)模塊，以作為仿真模塊；

28、環(huán)境映射及調(diào)整模塊，用于根據(jù)所述工作環(huán)境的環(huán)境特征，構(gòu)建各個(gè)仿真模塊之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系和數(shù)據(jù)交換形式，并將所述環(huán)境特征映射至仿真環(huán)境測(cè)試平臺(tái)的模擬仿真環(huán)境中；所述結(jié)構(gòu)關(guān)系包括：物理關(guān)系、拓?fù)潢P(guān)系和內(nèi)在控制關(guān)系；所述環(huán)境特征包括：溫度、濕度、光照和障礙物分布；

29、單元測(cè)試及調(diào)整模塊，基于所述模擬仿真環(huán)境，對(duì)各所述仿真模塊進(jìn)行單元測(cè)試和調(diào)整，以令各目標(biāo)模塊能夠完成各自的預(yù)期工作；所述模擬測(cè)試包括功能測(cè)試和性能測(cè)試；

30、組裝測(cè)試及調(diào)整模塊，用于對(duì)完成初步的模擬測(cè)試和調(diào)整的各仿真模塊進(jìn)行部件預(yù)組裝配，并進(jìn)行組裝測(cè)試和調(diào)整，獲得所述服務(wù)機(jī)器人的三維仿真模型；

31、裝配圖生成模塊，用于生成與所述三維仿真模型相對(duì)應(yīng)的裝配圖；

32、調(diào)試模塊，用于根據(jù)用戶需求和所述性能指標(biāo)，對(duì)實(shí)體服務(wù)機(jī)器人的安裝組件、操作系統(tǒng)和軟件功能組件進(jìn)行調(diào)試，獲得最終的服務(wù)機(jī)器人；所述實(shí)體服務(wù)機(jī)器人是根據(jù)所述裝配圖完成實(shí)體組裝。

33、根據(jù)本發(fā)明提供的具體實(shí)施例，本發(fā)明公開(kāi)了以下技術(shù)效果：

34、本發(fā)明所提供的基于模塊化仿真的服務(wù)機(jī)器人設(shè)計(jì)方法，相對(duì)于現(xiàn)有的非模塊化的整體構(gòu)建方法，可降低服務(wù)機(jī)器人的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證難度，降低設(shè)計(jì)與驗(yàn)證的開(kāi)發(fā)成本，并且為后續(xù)的維護(hù)和升級(jí)提供便利。此外，本發(fā)明所提供的方法將模塊化與仿真驗(yàn)證過(guò)程緊密結(jié)合，不僅可以有效保證服務(wù)機(jī)器人設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)效率，還可以快速發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并解決問(wèn)題，提高服務(wù)機(jī)器人整體設(shè)計(jì)的效率，實(shí)現(xiàn)服務(wù)機(jī)器人輕量化和模塊化管理的功能與性能。

技術(shù)特征：

1.一種基于模塊化仿真的服務(wù)機(jī)器人設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于模塊化仿真的服務(wù)機(jī)器人設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述模塊庫(kù)的構(gòu)建過(guò)程包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于模塊化仿真的服務(wù)機(jī)器人設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述模塊庫(kù)中的各個(gè)模塊按照預(yù)設(shè)編碼規(guī)律進(jìn)行編碼存儲(chǔ)；所述預(yù)設(shè)編碼規(guī)律為第一碼位為歸類名稱首拼，第二碼位為功能描述，第三碼位為模塊型號(hào)，第四碼位為模塊尺寸，第五碼位為模塊的完整名稱。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于模塊化仿真的服務(wù)機(jī)器人設(shè)計(jì)方法，其特征在于，利用以下公式確定所述新待檢模塊與所述模塊庫(kù)的當(dāng)前模塊之間的匹配程度：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于模塊化仿真的服務(wù)機(jī)器人設(shè)計(jì)方法，其特征在于，利用所述新待檢模塊對(duì)所述模塊庫(kù)進(jìn)行更新，包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于模塊化仿真的服務(wù)機(jī)器人設(shè)計(jì)方法，其特征在于，根據(jù)所述服務(wù)機(jī)器人的功能需求，在所述待檢模塊中檢索是否存在相匹配的所需模塊，包括：

7.一種基于模塊化仿真的服務(wù)機(jī)器人設(shè)計(jì)系統(tǒng)，其特征在于，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于模塊化仿真的服務(wù)機(jī)器人設(shè)計(jì)方法及系統(tǒng)，涉及機(jī)器人設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，包括：根據(jù)工作任務(wù)和工作環(huán)境，確定服務(wù)機(jī)器人的總服務(wù)功能和性能指標(biāo)；將總服務(wù)功能劃分為多個(gè)獨(dú)立的子功能，并構(gòu)建各子功能的目標(biāo)模塊；根據(jù)性能指標(biāo)，從預(yù)設(shè)的模塊庫(kù)中匹配出各目標(biāo)模塊的最優(yōu)模塊，以作為仿真模塊；根據(jù)環(huán)境特征，構(gòu)建各仿真模塊之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系和數(shù)據(jù)交換形式，并將環(huán)境特征映射至模擬仿真環(huán)境中；基于模擬仿真環(huán)境，對(duì)各仿真模塊進(jìn)行單元測(cè)試和調(diào)整，之后進(jìn)行組裝測(cè)試和調(diào)整，獲得服務(wù)機(jī)器人的三維仿真模型以及裝配圖；最后對(duì)實(shí)體服務(wù)機(jī)器人的安裝組件、操作系統(tǒng)和軟件功能組件進(jìn)行調(diào)試；本發(fā)明能夠提高服務(wù)機(jī)器人的設(shè)計(jì)效率。

技術(shù)研發(fā)人員：秦修功,高靜,唐聰,潘鳳湖,黃世龍,于括,吳璇,鐘霄,楊秋影,孫遜
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/20