一種基于機器人可視化交互式仿真環(huán)境的實現(xiàn)方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可視化交互式仿真環(huán)境，尤其涉及一種基于機器人可視化交互式仿真環(huán)境的實現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的可視化監(jiān)控系統(tǒng)，僅僅起到監(jiān)控的作用，沒有實驗所需的虛擬環(huán)境，無法檢驗仿真機器人運動在可視化交互仿真環(huán)境系統(tǒng)中程序是否滿足需要，機器人操作系統(tǒng)都是直接進行物理實驗，造成很多不必要的損失。
[0003]因此，需要提供一種新的技術(shù)方案來解決上述問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是提供一種基于機器人可視化交互式仿真環(huán)境的實現(xiàn)方法。由鼠標方便的在交互式仿真界面上建立各種不同的戶型圖、障礙物、起始點、必經(jīng)點、終止點的設置，通過交互式顯示模塊為真實環(huán)境構(gòu)造虛擬仿真環(huán)境，仿真通過便可進行真實環(huán)境下的操作，避免了不必要的物理損失。
[0005]為解決本發(fā)明的技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種基于機器人可視化交互式仿真環(huán)境的實現(xiàn)方法，它包括積木世界構(gòu)建步驟和可視化模塊運行步驟，
積木世界構(gòu)建步驟如下:
(1)設置仿真區(qū)柵格大小；
(2)設置仿真環(huán)境大??；
(3)選中圖形，按樣例顯示；
(4)是否拖拽圖形進入仿真區(qū)，如果是，則進入仿真區(qū)；如果不是，則保存拖拽圖形；
(5)拖拽圖形進入仿真區(qū)后，判斷是否移動或縮放圖形，如果是，則對仿真區(qū)所選中的圖形進行移動或縮放操作;如果不是，則對仿真區(qū)所選中的圖形保存，最后仿真結(jié)束；
可視化模塊運行步驟如下:
(1)可視化模塊打開一個通信通道，并連接到控制器所在主機的特定端口；
(2)判斷控制器是否收到，如果沒有收到，則可視化模塊請求控制器發(fā)送機器人控制指令，如果收到，則控制器處理接收到的數(shù)據(jù)并向可視化模塊發(fā)送數(shù)據(jù)；
(3)判斷可視化模塊是否收到，如果沒有收到，則繼續(xù)等待控制器發(fā)送的數(shù)據(jù)，如果收至IJ，可視化模塊按照接收到的數(shù)據(jù)移動機器人實現(xiàn)機器人的運動和避障功能，如果沒有結(jié)束，則返回可視化模塊請求控制器發(fā)送機器人控制指令。
[0006](4)重復步驟(2)(3)直至達到仿真目的后結(jié)束仿真進程。
[0007]本發(fā)明的有益效果:交互式環(huán)境將環(huán)境模型轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的圖形模塊，可快速生成環(huán)境信息，是靈活、通用、快捷的平臺，支持用戶的二次開發(fā);機器人交互式仿真環(huán)境平臺，能夠減小不必要的物理損失，同時減少項目開支。
【附圖說明】
[0008]圖1為本發(fā)明積木世界構(gòu)建的軟件流程圖。
[0009]圖2為本發(fā)明的可視化模塊運行時的主要流程圖。
【具體實施方式】
[0010]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。以下實施例僅用于說明本發(fā)明，不用來限制本發(fā)明的保護范圍。
[0011 ]圖1和2所示，本發(fā)明的一種基于機器人可視化交互式仿真環(huán)境的實現(xiàn)方法，包括積木世界構(gòu)建步驟和可視化模塊運行步驟，積木世界構(gòu)建步驟如下:
(1)設置仿真區(qū)柵格大??；
(2)設置仿真環(huán)境大??；
(3)選中圖形，按樣例顯示；
(4)是否拖拽圖形進入仿真區(qū)，如果是，則進入仿真區(qū)；如果不是，則保存拖拽圖形；
(5)拖拽圖形進入仿真區(qū)后，判斷是否移動或縮放圖形，如果是，則對仿真區(qū)所選中的圖形進行移動或縮放操作;如果不是，則對仿真區(qū)所選中的圖形保存，最后仿真結(jié)束。
[0012]可視化模塊運行步驟如下:
(1)可視化模塊打開一個通信通道，并連接到控制器所在主機的特定端口；
(2)判斷控制器是否收到，如果沒有收到，則可視化模塊請求控制器發(fā)送機器人控制指令，如果收到，則控制器處理接收到的數(shù)據(jù)并向可視化模塊發(fā)送數(shù)據(jù)；
(3)判斷可視化模塊是否收到，如果沒有收到，則繼續(xù)等待控制器發(fā)送的數(shù)據(jù)，如果收至IJ，可視化模塊按照接收到的數(shù)據(jù)移動機器人實現(xiàn)機器人的運動和避障功能，如果沒有結(jié)束，則返回可視化模塊請求控制器發(fā)送機器人控制指令。
[0013](4)重復步驟(2)(3)直至達到仿真目的后結(jié)束仿真進程。
[0014]機器人是在Windows操作系統(tǒng)環(huán)境下開發(fā)的，基于Visual Stud1 2010/2012開發(fā)的?？刂乒?jié)點與功能節(jié)點間通過點對點的通信網(wǎng)絡連接起來。開發(fā)環(huán)境可集成開源軟件資源。例如，傳感器廠商發(fā)布的驅(qū)動程序、0penCV、R0S開源軟件等等。
[0015]機器人可視化交互式仿真平臺包括:積木世界、庫管理、積木庫、機器人庫、選擇模式(遙控、路徑規(guī)劃(A*)、路徑規(guī)劃(彈性帶)、腳本編輯器)。
[0016]1、積木世界:圖1所示為積木構(gòu)圖流程圖。拖入積木進行構(gòu)圖，即離線構(gòu)圖。
[0017]2、庫管理:庫管理包括對積木庫和機器人庫的管理，庫管理主要完成的任務是對積木庫和機器人庫完成添加、刪除、保存的功能。
[0018]3、積木庫:本發(fā)明積木庫給出的只是矩形障礙物，除此之外還有椅子、床、柜子、桌子、灶臺、沙發(fā)、電視柜、茶幾等8種障礙物圖形?？舍槍€人的不同需求對積木庫進行管理，增加、刪除、保存等功能，積木庫的增加功能是由3DS MAX建模形成的*.3ds文件，并將該文件導入到圖形庫，再由XML文件進行保存。
[0019]4、機器人導入:構(gòu)建積木世界，選擇機器人，編輯腳本。
[0020]5、機器人庫:機器人庫是當在可視化操作過程中用到的機器人種類多，為了方便對機器人的集中和管理所建的庫。機器人庫中包含的只有輪式移動機器人，但是可以根據(jù)需要將機器人庫進行擴充。保存方式類似于前面的積木庫，可以將機器人建模的信息保存在*.xml文件當中。當需要修改機器人參數(shù)時，雙擊機器人，彈出對話框，在對畫框中將所需修改的地方進行修改。機器人庫是將各種不同的已建模的機器人集合在一起并對其進行管理。機器人庫的管理同積木庫的管理類似，也是分為導入、刪除、保存等操作，具體操作過程也同積木庫類似，增加操作選擇想要加載的并且已經(jīng)建模的機器人的*.xml文件，將機器人加載到庫當中。在以后的仿真過程中該機器人能夠完成移動、轉(zhuǎn)彎、直線人，選擇“刪除”選項將其刪除;對于已經(jīng)進行修改過的機器人庫，戶還需進行保存以方便下次使用。右鍵單擊“機器人庫”彈出快捷菜單，選中“保存”選項，彈出對話框(即機器人庫所在的路徑)，保存到原來的機器人庫即可。
[0021]6、機器人導入:主要包含導入機器人和位姿設置。在已有的積木世界的基礎上，可以將機器人直接拖入到積木世界中。當機器人存在于積木世界中，可以對機器人的位資進行設置。選擇機器人導入菜單中的“位姿設置”菜單項，輸入機器人的位置、角度，點擊“設置”按鍵，完成機器人位姿設置。
[0022 ] 7、選擇模式:包括遙控、路徑規(guī)劃(A* )、路徑規(guī)劃(彈性帶)、腳本編輯器幾個功能。
[0023]遙控模式:遙控包括搖桿遙控和控制面板遙控，這兩種遙控不是互斥的，可以同時使用，比如在遙桿突然無效的情況下可以點擊控制面板上的“停止”按鍵操控機器人停止運動。若指示燈亮，則表示搖桿可以正常使用，此時“速度”和“角度”編輯框中顯示的是搖桿發(fā)出的機器人的速度和轉(zhuǎn)動的角度;否則表示搖桿不能正常使用。在搖桿不能正常使用的情況下，可以使用控制面板操作，操作先要輸入“速度”和“角度”值，之后點擊“前進”、“后退”、“左轉(zhuǎn)”、“右轉(zhuǎn)”等按鍵來控制機器人運動。
路徑規(guī)劃(A*、彈性帶):選擇A*規(guī)劃算法，可根據(jù)環(huán)境通過點擊“目標點”、“必經(jīng)點”按鍵來設置目標點、必經(jīng)點，點擊“路徑生成”按鍵，軟件會調(diào)用PathPlanningAstar ()或PathPlanningElasticO函數(shù)，生成路徑并顯示在環(huán)境中，并且路徑點也顯示在列表當中，此時點擊“開始”按鍵就可以操控機器人按照規(guī)定路徑運動。
[0024]腳本編輯器:腳本格式有三種，分別為“標識語言+速度+距離;”、“標識語言+角速度+角度”或者“標識語言”(如STOP;)。當格式為“標識語言+角速度+角度;”時，角速度的單位為弧度每秒(rad/s)，角度的單位弧度(rad)。例如，編輯腳本操控機器人以0.5m/s的速度前進5m，再以0.087rad/s的角速度左轉(zhuǎn)1.57rad?？梢栽诰庉嬁騼?nèi)編寫為“FR0NT0.5005.000;LEFT0.0871.570;，，，點擊“發(fā)送，，按鍵，觸發(fā)OnBnClickedVisualeditdialogSendO函數(shù)，該函數(shù)功能是將腳本信息發(fā)送出去。可以將腳本發(fā)送到控制器，操控機器人運動。
[0025]本發(fā)明的可視化交互仿真環(huán)境可以搭建實驗所需的虛擬環(huán)境，檢驗仿真機器人運動在可視化交互仿真環(huán)境系統(tǒng)中程序是否滿足需要，避免直接操作機器人實體可能造成的不必要的損失，降低直接物理實驗所帶來的不必要損失。
【主權(quán)項】
1.一種基于機器人可視化交互式仿真環(huán)境的實現(xiàn)方法，其特征在于:它包括積木世界構(gòu)建步驟和可視化模塊運行步驟， 積木世界構(gòu)建步驟如下: (1)設置仿真區(qū)柵格大??； (2)設置仿真環(huán)境大小； (3)選中圖形，按樣例顯示； (4)是否拖拽圖形進入仿真區(qū)，如果是，則進入仿真區(qū)；如果不是，則保存拖拽圖形； (5)拖拽圖形進入仿真區(qū)后，判斷是否移動或縮放圖形，如果是，則對仿真區(qū)所選中的圖形進行移動或縮放操作;如果不是，則對仿真區(qū)所選中的圖形保存，最后仿真結(jié)束； 可視化模塊運行步驟如下: (1)可視化模塊打開一個通信通道，并連接到控制器所在主機的特定端口； (2)判斷控制器是否收到，如果沒有收到，則可視化模塊請求控制器發(fā)送機器人控制指令，如果收到，則控制器處理接收到的數(shù)據(jù)并向可視化模塊發(fā)送數(shù)據(jù)； (3)判斷可視化模塊是否收到，如果沒有收到，則繼續(xù)等待控制器發(fā)送的數(shù)據(jù)，如果收至IJ，可視化模塊按照接收到的數(shù)據(jù)移動機器人實現(xiàn)機器人的運動和避障功能，如果沒有結(jié)束，則返回可視化模塊請求控制器發(fā)送機器人控制指令； (4)重復步驟(2)(3)直至達到仿真目的后結(jié)束仿真進程。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于機器人可視化交互式仿真環(huán)境的實現(xiàn)方法，由鼠標方便的在交互式仿真界面上建立各種不同的戶型圖、障礙物、起始點、必經(jīng)點、終止點的設置，通過交互式顯示模塊可以搭建實驗所需的虛擬環(huán)境，檢驗仿真機器人運動在可視化交互仿真環(huán)境系統(tǒng)中程序是否滿足需要，避免直接操作機器人實體可能造成的不必要的損失，降低直接物理實驗所帶來的不必要損失。
【IPC分類】G06F9/455
【公開號】CN105468432
【申請?zhí)枴緾N201510798285
【發(fā)明人】周繼強, 王麗峰, 涂國棟, 劉川, 陳磊, 楊宛璐, 倪琳軒, 張孝勇, 朱洪昌
【申請人】江西洪都航空工業(yè)集團有限責任公司
【公開日】2016年4月6日
【申請日】2015年11月19日