CN111300412A - 一种基于虚幻引擎的控制机器人的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于虚幻引擎的控制机器人的方法，包括：S1，通过在上位机虚幻引擎4中搭建的机器人仿真模型经Socket网络发送控制命令到机器人通信模块；S2，机器人通信模块根据预设的通信协议对控制命令进行解析，并通过无线网络通信将解析后的控制命令发送给机器人；S3，机器人根据控制命令做出相应的运动，并定时将舵机当前的实际转动角度经机器人通信模块反馈给虚幻引擎4上的机器人仿真模型；本发明通过在上位机虚幻引擎4中搭建的机器人仿真模型远程无线控制蛇形机器人，并实时反馈蛇形机器人当前位姿状态进行展示，能够解决蛇形机器人的无线遥测遥控问题，同时可视化的用户控制界面也使得机器人的开发和调试更加便利。
Description
技术领域
本发明涉及机器人控制技术技术领域，特别是涉及一种基于虚幻引擎的控制机器人的方法。
背景技术
随着科技技术的进步，机器人技术的发展也进入到了新的阶段，大量机器人都被应用到不同的领域之中，特别是人类难以探索或者对人身安全容易造成危害的环境中，都需要不同种类的机器人来代替人类完成实际工作。当前业界的机器人上位机开发有多种形式，比如基于美国国家仪器(NI)公司研制开发的LabVIEW制作图形化的控制界面、基于微软MFC架构开发控制台程序，或者是使用机器人操作***(ROS)结合Qt框架开发控制软件，这些方式存在一个问题，就是开发的控制软件界面比较简陋，只有发送控制命令的图形面板，对于机器人当前状态只能通过数值或者曲线进行展示，不具有可视化的机器人模型。
虚幻引擎4(Unreal Engine)4是目前世界上最知名和授权范围最广的顶尖游戏引擎，虽然其开发之初的目的是为游戏开发者服务，但是随着其功能不断丰富和增强，能够应用的其余领域也越来越多，比如建筑、汽车与运输、影视、训练与模拟等行业应用。在物理仿真上，虚幻引擎4采用了PhysX物理运算引擎，使得在虚拟世界中的物体能够符合真实世界的物理运动规律，使得内部模型的运动更加具有真实感。在图形处理方面，其支持微软开发的DirectX图形渲染功能，比如场景中的光源展示、模型表面的物理属性的材质和着色渲染等，使得整个世界内的物体更加生动和绚丽。在模型制作方面，虚幻引擎4具备多种基础模型、如圆柱体、球体、正方体等，能够给用户自己制作完整模型，如果追求更加精细的模型，也能够导入3D Max等软件制作的模型。在用户界面方面，其具有丰富的图形化界面组件，供用户进行二次开发。
综上，行业内急需研发一种基于虚幻引擎4的可视化的控制机器人的方法或者***。
发明内容
针对现有技术存在的机器人当前状态只能通过数值或者曲线进行展示，不具有可视化的机器人模型的方法缺点，本发明设计了一种基于虚幻引擎的控制机器人的方法。
本申请的具体方案如下：
一种基于虚幻引擎的控制机器人的方法，包括：
S1，通过在上位机虚幻引擎4中搭建的机器人仿真模型经Socket网络发送控制命令到机器人通信模块；
S2，机器人通信模块根据预设的通信协议对控制命令进行解析，并通过无线网络通信将解析后的控制命令发送给机器人；
S3，机器人根据控制命令做出相应的运动，并定时将舵机当前的实际转动角度经机器人通信模块反馈给虚幻引擎4上的机器人仿真模型；
S4，所述仿真模型接收到角度反馈信号后，将依次把角度值赋予对应的仿真模块，根据角度反馈信号调整仿真模型的位姿，以使仿真模型的位姿与机器人实体一致，并通过虚幻引擎4仿真***的显示器展示机器人的当前位姿状态。
优选地，在上位机虚幻引擎4中搭建机器人仿真模型的步骤包括：
S11，采用虚幻引擎4搭建机器人的仿真模型，
S12，为所述仿真模型制作材质和贴图，并为所述仿真模型制作场景模型；
S13，使用虚幻引擎4制作可视化的机器人图形控制界面，为所述图形控制界面的各个按键绑定不同的控制指令；其中若按键被点击后，将通过Socket网络TCP协议发送控制命令到机器人通信模块。
优选地，所述机器人包括：头部关节模块和N个运动关节模块，N≥2；所述头部关节模块通过总线和运动关节模块连接，所述头部关节模块，用于接收控制命令、分析数据并通过总线对运动关节模块发送控制命令；所述运动关节模块，用于根据控制命令控制舵机进行运动。
优选地，所述头部关节模块包括STM32系列微处理器、WIFI模块、红外传感器和摄像头，所述运动关节模块包括舵机微处理器、驱动状态反馈模块、舵机，所述WIFI模块和机器人通信模块连接，所述STM32系列微处理器和舵机微处理器通过总线连接，所述舵机微处理器和舵机均连接，所述STM32系列微处理器还和驱动状态反馈模块连接。
优选地，步骤S3包括：
S31，所述WIFI模块接收到机器人通信模块发送的控制命令后，通过串口通信将控制命令发送给头部关节模块的STM32系列微处理器；
S32，所述STM32系列微处理器解析收到的控制命令，并通过总线控制运动关节模块；
S33，运动关节模块在接收到来自总线的控制命令后，微处理器将进行控制命令解析，并控制舵机运动到相应的角度，机器人做出相应的运动，驱动状态反馈模块定时将舵机当前的实际转动角度反馈到头部关节模块的STM32系列微处理器；
S34：所述头部关节模块的STM32系列微处理器在接收到各个运动关节模块的角度反馈后，将通过机器人通信模块转发给虚幻引擎4上的机器人仿真模型。
优选地，所述仿真模型制作的场景模型为平地、管道、山地或者缆索。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明通过在上位机虚幻引擎4中搭建的机器人仿真模型远程无线控制蛇形机器人，并实时反馈蛇形机器人当前位姿状态进行展示，能够解决蛇形机器人的无线遥测遥控问题，同时可视化的用户控制界面也使得机器人的开发和调试更加便利。具体如下：
(1)本发明在蛇形机器人的远程操作中采用虚拟现实引擎开发可视化交互界面，使***具有更好地人机交互功能，降低了操作难度，提升了操作效率；
(2)本发明采用角度反馈将蛇形机器人的位姿信息实时可视化地展示到虚拟引擎的仿真场景中，使操作人员能够实时且准确地掌握机器人当前的运动状态和位姿；
(3)能够将机器人仿真和实体机控制集成在同一个软件内进行，提高工作人员的开发效率；
(4)能够加入虚拟现实、增强现实等功能，具有良好的扩展性，有利于机器人的展示和推广。
附图说明
图1为一实施例的基于虚幻引擎的控制机器人的方法的示意性流程图。
图2为一实施例的基于虚幻引擎的控制机器人的原理框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1-2、一种基于虚幻引擎的控制机器人的方法，包括：
S1，通过在上位机虚幻引擎4中搭建的机器人仿真模型经Socket网络发送控制命令到机器人通信模块；其中，在上位机虚幻引擎4中搭建机器人仿真模型的步骤包括：
S11，采用虚幻引擎4搭建机器人的仿真模型，
S12，为所述仿真模型制作材质和贴图，并为所述仿真模型制作场景模型；所述仿真模型制作的场景模型为平地、管道、山地或者缆索。为模型制作材质和贴图，丰富蛇形机器人仿真模型的视觉体验。
S13，使用虚幻引擎4制作可视化的机器人图形控制界面，为所述图形控制界面的各个按键绑定不同的控制指令；其中若按键被点击后，将通过Socket网络TCP协议发送控制命令到机器人通信模块。所述图形控制界面根据蛇形机器人实际需要的功能进行按键布局设计，简化用户对机器人的控制操作。
在本实施例，所述机器人为蛇形机器人。所述蛇形机器人包括：头部关节模块和N个运动关节模块，N≥2；所述头部关节模块通过总线和运动关节模块连接，所述头部关节模块，用于接收控制命令、分析数据并通过总线对运动关节模块发送控制命令；所述运动关节模块，用于根据控制命令控制舵机进行运动。所述头部关节模块包括STM32系列微处理器、WIFI模块、红外传感器和摄像头，所述运动关节模块包括舵机微处理器、驱动状态反馈模块、舵机，所述WIFI模块和机器人通信模块连接，所述STM32系列微处理器和舵机微处理器通过总线连接，所述舵机微处理器和舵机均连接，所述STM32系列微处理器还和驱动状态反馈模块连接。所述蛇形机器人还包括：供电***，所述供电***用于给蛇形机器人各个模块进行供电。
在本实施例，所述STM32系列微处理器为STM32F103C8T2微处理器。
S2，机器人通信模块根据预设的通信协议对控制命令进行解析，并通过无线网络通信将解析后的控制命令发送给机器人；蛇形机器人通信模块可以是一个软件程序，通过采用C++语言结合socket网络进行开发，是上位机虚幻引擎4中仿真模型和蛇形机器人本体双向通信的中间桥梁，蛇形机器人通信模块负责将虚幻引擎4仿真***发送的控制指令解析和发送到蛇形机器人本体上，也负责将蛇形机器人本体上的传感器信息和角度反馈信息传递到虚幻引擎4仿真***上。
S3，机器人根据控制命令做出相应的运动，并定时将舵机当前的实际转动角度经机器人通信模块反馈给虚幻引擎4上的机器人仿真模型；具体地，步骤S3包括：
S31，所述WIFI模块接收到机器人通信模块发送的控制命令后，通过串口通信将控制命令发送给头部关节模块的STM32系列微处理器；
S32，所述STM32系列微处理器解析收到的控制命令，并通过总线控制运动关节模块；
S33，运动关节模块在接收到来自总线的控制命令后，微处理器将进行控制命令解析，并控制舵机运动到相应的角度，机器人做出相应的运动，驱动状态反馈模块定时将舵机当前的实际转动角度反馈到头部关节模块的STM32系列微处理器；
其中，若控制命令为红外线、摄像头的相关命令，则机器人进行相应的打开/关闭操作，若控制命令为关节模块运动的相关命令，则TM32系列微处理器解析控制命令，并通过CAN总线控制协议控制所有与总线相连接的运动关节模块，使蛇形机器人实体做出相应的运动；
S34：所述头部关节模块的STM32系列微处理器在接收到各个运动关节模块的角度反馈后，将通过机器人通信模块转发给虚幻引擎4上的机器人仿真模型。
S4，所述仿真模型接收到角度反馈信号后，将依次把角度值赋予对应的仿真模块，根据角度反馈信号调整仿真模型的位姿，以使仿真模型的位姿与机器人实体一致，并通过虚幻引擎4仿真***的显示器展示机器人的当前位姿状态。本方案使用虚幻引擎4仿真软件预先构建蛇形机器人的作业场景和蛇形机器人的仿真模型。并根据蛇形机器人本体的运动信息解析出其各个关节位姿信息应用到仿真模型的对应关节上，所述显示器用于还原显示当前机器人的运动位姿。
所述上位机中，虚拟引擎4仿真***通过Socket网络通信和WIFI模块控制蛇形机器人的关节转动角度，进而实现远距离控制机器人的整体运动，同时也能实时接收到来自蛇形机器人的关节角度反馈并在仿真***的显示器中还原蛇形机器人的运动位姿，可观性强，稳定性高，通用性好。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (6)
1.一种基于虚幻引擎的控制机器人的方法，其特征在于，包括：
S1，通过在上位机虚幻引擎4中搭建的机器人仿真模型经Socket网络发送控制命令到机器人通信模块；
S2，机器人通信模块根据预设的通信协议对控制命令进行解析，并通过无线网络通信将解析后的控制命令发送给机器人；
S3，机器人根据控制命令做出相应的运动，并定时将舵机当前的实际转动角度经机器人通信模块反馈给虚幻引擎4上的机器人仿真模型；
S4，所述仿真模型接收到角度反馈信号后，将依次把角度值赋予对应的仿真模块，根据角度反馈信号调整仿真模型的位姿，以使仿真模型的位姿与机器人实体一致，并通过虚幻引擎4仿真***的显示器展示机器人的当前位姿状态。
2.根据权利要求1所述的基于虚幻引擎的控制机器人的方法，其特征在于，在上位机虚幻引擎4中搭建机器人仿真模型的步骤包括：
S11，采用虚幻引擎4搭建机器人的仿真模型，
S12，为所述仿真模型制作材质和贴图，并为所述仿真模型制作场景模型；
S13，使用虚幻引擎4制作可视化的机器人图形控制界面，为所述图形控制界面的各个按键绑定不同的控制指令；其中若按键被点击后，将通过Socket网络TCP协议发送控制命令到机器人通信模块。
3.根据权利要求1所述的基于虚幻引擎的控制机器人的方法，其特征在于，所述机器人包括：头部关节模块和N个运动关节模块，N≥2；
所述头部关节模块通过总线和运动关节模块连接，所述头部关节模块，用于接收控制命令、分析数据并通过总线对运动关节模块发送控制命令；
所述运动关节模块，用于根据控制命令控制舵机进行运动。
4.根据权利要求3所述的基于虚幻引擎的控制机器人的方法，其特征在于，所述头部关节模块包括STM32系列微处理器、WIFI模块、红外传感器和摄像头，所述运动关节模块包括舵机微处理器、驱动状态反馈模块、舵机，所述WIFI模块和机器人通信模块连接，所述STM32系列微处理器和舵机微处理器通过总线连接，所述舵机微处理器和舵机均连接，所述STM32系列微处理器还和驱动状态反馈模块连接。
5.根据权利要求4所述的基于虚幻引擎的控制机器人的方法，其特征在于，步骤S3包括：
S31，所述WIFI模块接收到机器人通信模块发送的控制命令后，通过串口通信将控制命令发送给头部关节模块的STM32系列微处理器；
S32，所述STM32系列微处理器解析收到的控制命令，并通过总线控制运动关节模块；
S33，运动关节模块在接收到来自总线的控制命令后，微处理器将进行控制命令解析，并控制舵机运动到相应的角度，机器人做出相应的运动，驱动状态反馈模块定时将舵机当前的实际转动角度反馈到头部关节模块的STM32系列微处理器；
S34：所述头部关节模块的STM32系列微处理器在接收到各个运动关节模块的角度反馈后，将通过机器人通信模块转发给虚幻引擎4上的机器人仿真模型。
6.根据权利要求2所述的基于虚幻引擎的控制机器人的方法，其特征在于，所述仿真模型制作的场景模型为平地、管道、山地或者缆索。
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