(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210828474.X (22)申请日 2022.07.13 (71)申请人 哈尔滨工业大 学 地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西 大直街92号 (72)发明人 赵亮亮　刘子毅　赵京东　李云涛　 蒋再男　刘宏　 (74)专利代理 机构 哈尔滨龙 科专利代理有限公 司 23206 专利代理师 李智慧 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 面向空间多分支机器人在轨攀爬的动力学 仿真平台及方法 (57)摘要 本发明公开了一种面向空间多分支机器人 在轨攀爬的动力学仿真平台及方法， 所述动力学 仿真平台包括Gazebo三维模拟器、 机器人模型、 仿真场景模型、 机器 人控制器、 Gaz ebo插件、 人机 交互界面和程序开发模块。 本发明基于ROS与 Gazebo三维模拟器构建而成， Gaz ebo三维模拟器 自带多种插件， 例如： 六 维力传感器插件、 Kinect 相机插件等， 在现有插件无法满足仿真需求的情 况下， Gazebo三维模拟器允许用户自定义插件， 使仿真平台更加高效。 本发明的仿真平台自带有 多种机器人控制器， 如： 关节位置控制器、 关节速 度控制器以及关节力矩控制器等， 仿真平台为机 器人控制器预留接口， 允许用户自定义控制器， 满足多种仿真需求。 权利要求书2页 说明书9页 附图4页 CN 114970048 A 2022.08.30 CN 114970048 A 1.一种面向空间多分支机器人在轨攀爬的动力学仿真平台， 其特征在于所述动力学仿 真平台基于ROS环 境， 采用模块化设计构建而成， 包括Gazebo三 维模拟器、 机器人模 型、 仿真 场景模型、 机器人控制器、 Gazebo插 件、 人机交 互界面和程序开发模块， 其中： 所述ROS环境指ROS机器人操作系统， 其负 责为Gazebo三维模拟器、 机器人控制器、 人机 交互界面和程序开发模块 提供通讯框架； 所述Gazebo 三维模拟器为仿真平台提供物理仿真环境； 所述机器人模型指针对机器人编写的URDF文件， 该文件负责提供机器人的运动学模 型、 动力学模型、 碰撞检测模型和可视化模型； 所述仿真场景模型指针对仿真场景、 按照SDF格式编写的.world文件， 该文件负责提供 仿真场景光照、 重力、 用户相机 视角、 物体模型、 物理引擎、 插 件信息； 所述机器人控制器指按照Gazebo机器人控制器格式编写的代码库， 在仿真时被加载入 Gazebo三维模拟器中， 仿真过程中， 根据用户指令控制机器人完成相应动作； 所述Gazebo插件指依靠插件机制， 在仿真过程中实现相 关功能的代码库， 包括控制插 件、 六维力传感器插件、 相机插件和末端执行器锁紧插件四个基础模块， 控制 插件充当ROS 与Gazebo三 维模拟器之 间的接口， 六维力 传感器插件负责反馈仿 真过程中的末端 六维力信 息， 相机插件负责反馈仿真过程中的手部相 机和全局相 机图像信息， 末端执行器锁紧插件 负责根据用户指令 完成基座锁紧或解锁； 所述人机交互界面为用户提供机器人状态监控与控制界面， 界面可显示机器人状态， 用户可通过使用界面上的控 件控制机器人状态； 所述程序开发模块指为用户提供的编程接口， 用户通过编程模块将步态规划、 控制方 法表述成编程语言， 编译成二进制程序与仿 真平台一同运行， 完成步态规划方法、 控制算法 的验证。 2.根据权利要求1所述的面向空间多分支机器人在轨攀爬的动力学仿真平台， 其特征 在于所述Gazebo三维模拟器、 机器人控制器、 人机交互界面和程序开发模块在仿真过程中 均作为ROS节点， 通过话题、 消息方式完成信息的发布与获取。 3.根据权利要求1所述的面向空间多分支机器人在轨攀爬的动力学仿真平台， 其特征 所述URDF文件包括构成机器人的所有 连杆和关节的信息， 连杆信息和关节信息共同构成了 机器人的运动学模型、 动力学模型、 碰撞检测模型和可视化模型。 4.根据权利要求1所述的面向空间多分支机器人在轨攀爬的动力学仿真平台， 其特征 所述连杆信息包括连杆名称、 连杆质心位置、 连杆质量、 连杆惯性矩阵、 连杆碰撞检测模型 和连杆可视化模型； 关节信息包括关节名称、 关节类型、 母连杆、 子连杆、 关节位置、 关节轴 线方向和关节位置 /速度/力矩限制。 5.根据权利要求1所述的面向空间多分支机器人在轨攀爬的动力学仿真平台， 其特征 在于所述机器人控制器为关节位置控制器、 关节速度控制器、 关节力矩控制器、 笛卡尔空间 位置控制器、 笛卡尔空间速度控制器、 笛卡尔空间力/力矩控制器中的一种或几种。 6.一种利用权利要求1 ‑5任一项所述仿真平台实现面向空间多分支机器人在轨攀爬的 动力学仿真方法， 其特 征在于所述方法包括如下步骤： 步骤一、 编写机器人URDF模型； 步骤二、 编写仿真场景.w orld文件；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114970048 A 2步骤三、 编写机器人控制器； 步骤四、 配置 机器人控制器； 步骤五、 配置Gazebo插 件； 步骤六、 编写.launc h文件加载仿真环境； 步骤七、 通过人机交互界面或程序开发模块， 完成仿真。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114970048 A 3