CN112809687B - 一种机器人控制器的仿真方法、装置及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机器人控制器的仿真方法、装置及设备，用于根据运动轨迹有效地分析所述模拟器参数对所述机器人的影响。该方法包括：确定用户选择的第一模拟器以及用户输入的模拟器参数，其中所述第一模拟器用于根据仿真过程中接收的用户输入的作用力参数确定待仿真机器人的位置信息，所述模拟器参数包括表征所述待仿真机器人的属性参数以及所述待仿真机器人运动所需的运行参数；响应数据加载指令，根据所述模拟器参数运行所述第一模拟器，通过所述第一模拟器将用户输入的作用力参数集合转换为轨迹信息，其中所述轨迹信息用于表征所述待仿真机器人在所述模拟器参数下的运动轨迹。

Description

一种机器人控制器的仿真方法、装置及设备
技术领域
本发明涉及机器人***仿真技术领域，特别涉及一种机器人控制器的仿真方法、装置及设备。
背景技术
康复机器人通过辅助患者进行科学地、有效地康复训练，来恢复患者的运动功能。而康复机器人的设计中，运动控制算法至关重要，是整个机器人康复训练的核心。因此快速地测试运动控制算法，选择运动控制算法的控制参数，判断整个康复机器人***的稳定性以及评价整机性能，需要更加便捷和快速的工具，有助于整体康复机器人***的算法开发和快速验证。
而由于目前仿真工具还没有针对康复机器人的仿真分析方法，因此如何通过仿真方法来模拟康复机器人在控制参数下的运动轨迹是目前亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明提供一种机器人控制器的仿真方法、装置及设备，用于提供一种机器人控制器的仿真方法，根据用户选择的模拟器和输入的模拟器参数来仿真机器人在所述模拟器参数下的运动轨迹，根据运动轨迹能够有效地分析所述模拟器参数对所述机器人的影响。
第一方面，本发明实施例提供的一种机器人控制器的仿真方法，包括：
确定用户选择的第一模拟器以及用户输入的模拟器参数，其中所述第一模拟器用于根据仿真过程中接收的用户输入的作用力参数确定待仿真机器人的位置信息，所述模拟器参数包括表征所述待仿真机器人的属性参数以及所述待仿真机器人运动所需的运行参数；
响应数据加载指令，根据所述模拟器参数运行所述第一模拟器，通过所述第一模拟器将用户输入的作用力参数集合转换为轨迹信息，其中所述轨迹信息用于表征所述待仿真机器人在所述模拟器参数下的运动轨迹。
本发明实施例提供的仿真方法可以根据用户选择的模拟器和输入的模拟器参数来仿真机器人在所述模拟器参数下的运动轨迹，并响应数据加载指令，将用户输入的作用力参数集合转换为轨迹信息，通过所述轨迹信息来表示选择的模拟器以及输入的模拟器参数是否符合设计要求，从而使得用户能够快速地选择康复机器人的运动控制算法的控制参数。
作为一种可选的实施方式，通过所述第一模拟器将用户输入的作用力参数集合转换为轨迹信息之后，还包括：
响应用户指令，根据所述轨迹信息确定与所述用户指令对应的显示内容，并通过显示界面进行显示，其中所述显示内容用于表征所述待仿真机器人在所述模拟器参数下的轨迹信息与所述模拟器性能之间的关系。
本发明实施例提供一种直观的，可视化的显示界面来观测机器人的运动状态，通过输入的不同的模拟器参数，根据与所述不同的模拟器参数对应的轨迹信息来观测不同的控制器参数对机器人***的影响。
作为一种可选的实施方式，响应用户指令，根据所述轨迹信息确定与所述用户指令对应的显示内容，包括：
响应用户的绘图指令，根据所述轨迹信息确定与所述绘图指令对应的响应曲线，其中所述响应曲线用于表征所述轨迹信息中的位置信息与预设变量之间的关系；和/或，
响应用户的指标分析指令，根据所述轨迹信息确定与所述指标分析指令对应的性能指标值，其中所述性能指标值用于表征所述轨迹信息满足预设性能条件时确定的指标值。
本发明实施例提供了不同的显示内容，根据响应曲线能够直观地显示出轨迹信息中的位置信息与预设变量之间的关系，从而确定出满足预设要求的模拟器参数的有效范围；根据性能指标值能够定量表示所述模拟器参数是否满足预设要求。
作为一种可选的实施方式，该方法还包括：
响应用户的稳定性分析指令，确定用户选择的变量个数以及输入的非变量参数和变量范围，其中所述稳定性分析指令用于指示对第二模拟器的稳定性进行分析；
响应变量数据加载指令，根据所述变量范围以及所述非变量参数运行所述第二模拟器，通过所述第二模拟器将用户输入的作用力参数集合转换为轨迹信息；
根据所述轨迹信息确定所述第二模拟器在所述变量范围内的稳定性。
本发明实施例还提供一种对机器人控制器的稳定性分析，将轨迹信息转换为在变量处于变化状态下的稳定性，从而快速地测试机器人***的稳定性。
作为一种可选的实施方式，根据所述轨迹信息确定所述预设模拟器在所述变量范围内的稳定性，包括：
响应用户的稳定性绘图指令，根据所述变量与所述稳定性之间的关系生成稳定性图像并通过图像显示界面进行显示，其中所述稳定性图像用于表征所述变量在所述变量范围内变化时所述第二模拟器的稳定性。
本发明实施例还提供一种可视化的稳定性分析方法，通过稳定性图像来直观地表示机器人***的稳定性对应的变量以及非变量参数是否满足预设要求，从而为该机器人选择合适的控制器以及控制器参数。
作为一种可选的实施方式，所述响应曲线包括如下任一或任多种：
伯德图曲线；
阶跃响应曲线；
脉冲响应曲线。
第二方面，本发明实施例提供的一种机器人控制器的仿真装置，包括：
选择输入单元，用于确定用户选择的第一模拟器以及用户输入的模拟器参数，其中所述第一模拟器用于根据仿真过程中接收的用户输入的作用力参数确定待仿真机器人的位置信息，所述模拟器参数包括表征所述待仿真机器人的属性参数以及所述待仿真机器人运动所需的运行参数；
确定轨迹单元，用于响应数据加载指令，根据所述模拟器参数运行所述第一模拟器，通过所述第一模拟器将用户输入的作用力参数集合转换为轨迹信息，其中所述轨迹信息用于表征所述待仿真机器人在所述模拟器参数下的运动轨迹。
作为一种可选的实施方式，通过所述第一模拟器将用户输入的作用力参数集合转换为轨迹信息之后，所述确定轨迹单元还用于：
响应用户指令，根据所述轨迹信息确定与所述用户指令对应的显示内容，并通过显示界面进行显示，其中所述显示内容用于表征所述待仿真机器人在所述模拟器参数下的轨迹信息与所述模拟器性能之间的关系。
作为一种可选的实施方式于，所述确定轨迹单元具体还用于：
响应用户的绘图指令，根据所述轨迹信息确定与所述绘图指令对应的响应曲线，其中所述响应曲线用于表征所述轨迹信息中的位置信息与预设变量之间的关系；和/或，
响应用户的指标分析指令，根据所述轨迹信息确定与所述指标分析指令对应的性能指标值，其中所述性能指标值用于表征所述轨迹信息满足预设性能条件时确定的指标值。
作为一种可选的实施方式，所述装置还包括稳定分析单元具体用于：
响应用户的稳定性分析指令，确定用户选择的变量个数以及输入的非变量参数和变量范围，其中所述稳定性分析指令用于指示对第二模拟器的稳定性进行分析；
响应变量数据加载指令，根据所述变量范围以及所述非变量参数运行所述第二模拟器，通过所述第二模拟器将用户输入的作用力参数集合转换为轨迹信息；
根据所述轨迹信息确定所述第二模拟器在所述变量范围内的稳定性。
作为一种可选的实施方式，所述稳定分析单元具体用于：
响应用户的稳定性绘图指令，根据所述变量与所述稳定性之间的关系生成稳定性图像并通过图像显示界面进行显示，其中所述稳定性图像用于表征所述变量在所述变量范围内变化时所述第二模拟器的稳定性。
作为一种可选的实施方式，所述响应曲线包括如下任一或任多种：
伯德图曲线；
阶跃响应曲线；
脉冲响应曲线。
第三方面，本发明实施例还提供一种机器人控制器的仿真设备，该设备包括处理器和存储器，所述存储器用于存储所述处理器可执行的程序，所述处理器用于读取所述存储器中的程序并执行如下步骤：
确定用户选择的第一模拟器以及用户输入的模拟器参数，其中所述第一模拟器用于根据仿真过程中接收的用户输入的作用力参数确定待仿真机器人的位置信息，所述模拟器参数包括表征所述待仿真机器人的属性参数以及所述待仿真机器人运动所需的运行参数；
响应数据加载指令，根据所述模拟器参数运行所述第一模拟器，通过所述第一模拟器将用户输入的作用力参数集合转换为轨迹信息，其中所述轨迹信息用于表征所述待仿真机器人在所述模拟器参数下的运动轨迹。
作为一种可选的实施方式，通过所述第一模拟器将用户输入的作用力参数集合转换为轨迹信息之后，所述处理器具体还被配置为执行：
响应用户指令，根据所述轨迹信息确定与所述用户指令对应的显示内容，并通过显示界面进行显示，其中所述显示内容用于表征所述待仿真机器人在所述模拟器参数下的轨迹信息与所述模拟器性能之间的关系。
作为一种可选的实施方式，所述处理器具体还被配置为执行：
响应用户的绘图指令，根据所述轨迹信息确定与所述绘图指令对应的响应曲线，其中所述响应曲线用于表征所述轨迹信息中的位置信息与预设变量之间的关系；和/或，
响应用户的指标分析指令，根据所述轨迹信息确定与所述指标分析指令对应的性能指标值，其中所述性能指标值用于表征所述轨迹信息满足预设性能条件时确定的指标值。
作为一种可选的实施方式，所述处理器具体还被配置为执行：
响应用户的稳定性分析指令，确定用户选择的变量个数以及输入的非变量参数和变量范围，其中所述稳定性分析指令用于指示对第二模拟器的稳定性进行分析；
响应变量数据加载指令，根据所述变量范围以及所述非变量参数运行所述第二模拟器，通过所述第二模拟器将用户输入的作用力参数集合转换为轨迹信息；
根据所述轨迹信息确定所述第二模拟器在所述变量范围内的稳定性。
作为一种可选的实施方式，所述处理器具体还被配置为执行：
响应用户的稳定性绘图指令，根据所述变量与所述稳定性之间的关系生成稳定性图像并通过图像显示界面进行显示，其中所述稳定性图像用于表征所述变量在所述变量范围内变化时所述第二模拟器的稳定性。
作为一种可选的实施方式，所述响应曲线包括如下任一或任多种：
伯德图曲线；
阶跃响应曲线；
脉冲响应曲线。
第四方面，本发明实施例还提供计算机存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时用于实现上述第一方面所述方法的步骤。
本申请的这些方面或其他方面在以下的实施例的描述中会更加简明易懂。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种机器人控制器的仿真方法流程图；
图2为本发明实施例提供的一种选择输入界面示意图；
图3为本发明实施例提供的一种确定选择的模拟器以及输入的模拟器参数界面示意图；
图4为本发明实施例提供的一种响应数据加载指令的显示界面示意图；
图5为本发明实施例提供的第一种响应曲线示意图；
图6为本发明实施例提供的第二种响应曲线示意图；
图7为本发明实施例提供的第三种响应曲线示意图；
图8为本发明实施例提供的一种显示性能指标值的显示界面示意图；
图9为本发明实施例提供的一种响应用户的稳定性分析指令的显示界面示意图；
图10为本发明实施例提供的一种稳定性分析显示界面变量输入示意图；
图11为本发明实施例提供的响应变量数据加载指令的显示界面示意图；
图12为本发明实施例提供的第一种稳定性绘图显示界面示意图；
图13为本发明实施例提供的第二种稳定性绘图显示界面示意图；
图14为本发明实施例提供的第三种稳定性绘图显示界面示意图；
图15为本发明实施例提供的一种机器人控制器的具体仿真方法流程图；
图16为本发明实施例提供的一种机器人控制器的仿真装置示意图；
图17为本发明实施例提供的一种机器人控制器的仿真设备示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例中术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
本发明实施例描述的应用场景是为了更加清楚的说明本发明实施例的技术方案，并不构成对于本发明实施例提供的技术方案的限定，本领域普通技术人员可知，随着新应用场景的出现，本发明实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。其中，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
实施例1
本发明实施例提供一种机器人控制器的仿真方法，可以应用于但不局限于医疗器械领域，例如针对下肢康复机器人所使用的控制器进行仿真；也可以应用于多轴机器人、交互式机器人等使用的控制器进行仿真，本发明实施例对此不作过多限定。
运动控制算法是整个康复机器人运动的核心关键技术，如何能够针对康复机器人设备快速度地设计合适的控制器，来选择最优的控制算法以及相关参数是目前亟需解决的技术问题，目前主要存在以下几个问题：
问题1、无法直观和定量地观察机器人的控制算法的性能指标。
主要原因是在控制算法设计过程中，无法准确地获取***惯性参数中的部分参数，同时缺乏控制指标的设定和计算分析，无法更加直观的进行可视化的操作。
问题2、无法快速查看机器人***的稳定性。
针对不同的控制算法，机器人***的稳定性是一切控制算法运行的前提，而目前在控制算法的稳定性分析过程中缺乏相关参数，无法对机器人***的稳定性进行有效分析。
问题3、无法设计有效的量化指标从而进行控制器参数的选择。
无法从多个角度来评价控制器优劣，同时无法直观地观察控制器参数对机器人***性能的影响。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种机器人控制器的仿真方法，能够快速地选择合适的控制器参数。如图1所示，该方法的实施流程如下所示：
步骤100、确定用户选择的第一模拟器以及用户输入的模拟器参数，其中所述第一模拟器用于根据仿真过程中接收的用户输入的作用力参数确定待仿真机器人的位置信息，所述模拟器参数包括表征所述待仿真机器人的属性参数以及所述待仿真机器人运动所需的运行参数；
本发明实施例中的第一模拟器，用于表征待仿真机器人的控制器，即所述第一模拟器使用的算法与所述控制器的控制器算法是一样的，所述第一模拟器用于根据所述待仿真机器人的控制器算法模拟所述待仿真机器人的控制器的运行。本发明实施例中的仿真方法是一套独立的仿真方法，能够对机器人使用的不同的控制器算法进行仿真测试，并可以输入与不同第一模拟器对应的模拟器参数来仿真不同控制器参数下的运动轨迹。
可选的，本发明实施例中机器人控制器的控制器算法包括但不限于：位置控制算法，速度控制算法，力矩控制算法，力位混合控制算法，阻抗控制算法，导纳控制算法。不同的机器人可以使用不同的控制器算法，同一机器人在不同场景下也可以使用不同的控制器算法，对此本发明实施例不作过多限定。
需要说明的是，本发明实施例的仿真方法中，用户可以对第一模拟器进行选择，其中所述第一模拟器包括但不限于：使用PID(比例-积分-微分)控制器算法的模拟器、使用比例相位滞后控制器算法的模拟器、使用阻抗控制器算法的模拟器。容易理解的是，本发明实施例可以对如下任一或任多种控制器进行仿真：PID控制器、比例相位滞后控制器、阻抗控制器。
本实施例用户选择的第一模拟器以及输入的模拟器参数之间是对应的，即用户选择一种第一模拟器之后，只能输入与选择的第一模拟器对应的模拟器参数，其他模拟器的模拟器参数无法输入。
仿真过程中会模拟机器人进行运动，根据接收用户输入的作用力参数来模拟用户利用机器人进行康复训练时用户与机器人之间产生的作用力，从而根据当前仿真的第一模拟器以及输入的模拟器参数，确定在该第一模拟器以及模拟器参数下的机器人的位置信息，以模拟机器人的运动情况。
本发明实施例中的模拟器参数包括表征所述待仿真机器人的属性参数以及所述待仿真机器人运动所需的运行参数。其中所述属性参数用于表征所述待仿真机器人的材质、重量等特性，所述运行参数用于表征机器人控制器的控制器参数。
可选的，所述属性参数包括但不限于：***惯性、***阻尼、***刚度；所述运行参数包括但不限于：与所述阻抗控制器对应的控制器参数质量、阻尼和刚度；与所述比例相位滞后控制器对应的比例增益、零点参数和极点参数；与所述PID控制器对应的比例参数，积分参数和微分参数。
步骤101、响应数据加载指令，根据所述模拟器参数运行所述第一模拟器，通过所述第一模拟器将用户输入的作用力参数集合转换为轨迹信息，其中所述轨迹信息用于表征所述待仿真机器人在所述模拟器参数下的运动轨迹。
可选的，本发明实施例在仿真过程中接收用户输入的作用力参数集合可以是根据接收的预设时段内用户输入的作用力参数确定的作用力参数集合，也可以是直接接收的用户输入的作用力参数集合。
实施中，通过传递函数将用户输入的作用力参数集合转换为轨迹信息，其中所述传递函数用于表征作用力参数与机器人位置信息之间的关系。容易理解的是，所述传递函数是基于不同的控制器确定的，即不同的控制器算法对应的传递函数是不同的，但不论哪种传递函数都用于表征作用力和位置之间的关系，本发明实施例对本实施例中使用的传递函数不作过多限定。
作为一种可选的实施方式，本发明实施例通过所述第一模拟器将用户输入的作用力参数集合转换为轨迹信息之后，还可以响应用户指令进行显示，具体步骤如下所示：
响应用户指令，根据所述轨迹信息确定与所述用户指令对应的显示内容，并通过显示界面进行显示，其中所述显示内容用于表征所述待仿真机器人在所述模拟器参数下的轨迹信息与所述模拟器性能之间的关系。
需要说明的是，本发明实施例可以提供一种可视化分析方法，对机器人控制器的性能进行仿真并通过显示界面的显示内容来表征待仿真机器人的轨迹信息与模拟器性能之间的关系，从而使得用户可以通过该显示内容来确定合适的轨迹信息对应的模拟器参数，从而快速地对机器人控制器参数进行选择，其中合适的轨迹信息包括满足性能要求的模拟器性能对应的轨迹信息。
作为一种可选的实施方式，本发明实施例可通过如下任一或任多种方式确定与所述用户指令对应的显示内容，具体的确定方式如下所示：
方式1、响应用户的绘图指令，根据所述轨迹信息确定与所述绘图指令对应的响应曲线；
其中所述响应曲线用于表征所述轨迹信息中的位置信息与预设变量之间的关系；可选的，所述响应曲线包括如下任一或任多种：伯德图曲线；阶跃响应曲线；脉冲响应曲线。
可选的，本发明实施例中的预设变量可以是时间，也可以是频率，本发明实施例对此不作过多限定。
若所述预设变量为时间，则所述响应曲线为阶跃响应曲线或脉冲响应曲线，其中所述阶跃响应曲线用于通过发送阶跃信号来对模拟器运行得到的位置信息进行时域上的跟踪，从而根据确定出所述阶跃响应曲线对应的模拟器参数的范围；同样的，所述脉冲响应曲线用于通过发送脉冲信号来对模拟器运行得到的位置信息进行时域上的跟踪，从而根据确定出所述脉冲响应曲线对应的模拟器参数的范围；
若所述预设变量为频率，则所述响应曲线为伯德图曲线，其中所述伯德图曲线用于估计幅值裕度和相位裕度，从而根据幅值裕度和相位裕度来确定所述伯德图曲线对应的模拟器参数是否满足预设要求。
方式2、响应用户的指标分析指令，根据所述轨迹信息确定与所述指标分析指令对应的性能指标值；
其中所述性能指标值用于表征所述轨迹信息满足预设性能条件时确定的指标值。
实施中，所述性能指标值用于表征根据所述轨迹信息中的位置信息与预设变量之间的关系确定的响应曲线在满足预设性能条件时确定的指标值，可选的，所述指标值为幅值裕度和相位裕度，从而根据幅值裕度和相位裕度来确定对应的模拟器参数是否满足预设要求。
方式3、响应用户的绘图指令和指标分析指令，根据所述轨迹信息确定与所述绘图指令对应的响应曲线，以及根据所述轨迹信息确定与所述指标分析指令对应的性能指标值；
其中所述响应曲线用于表征所述轨迹信息中的位置信息与预设变量之间的关系，所述性能指标值用于表征所述轨迹信息满足预设性能条件时确定的指标值。
实施中，可以先确定响应曲线，用于根据响应曲线确定出模拟器参数的范围，然后确定性能指标值，用于根据性能指标值确定出在所述范围内的模拟器参数是否满足预设要求。
作为一种可选的实施方式，本发明实施例还提供一种稳定性分析方法，用于对特定的控制器进行稳定性分析，该方法具体实施步骤如下所示：
步骤1、响应用户的稳定性分析指令，确定用户选择的变量个数以及输入的非变量参数和变量范围，其中所述稳定性分析指令用于指示对第二模拟器的稳定性进行分析；
需要说明的是，稳定性分析可以针对某个特定的控制器进行仿真分析，本发明实施例中的第一模拟器和第二模拟器可以是相同的模拟器，也可以是不同的模拟器，对此本发明实施例不作过多限定。
可选的，本发明实施例可以对比例相位滞后控制器进行稳定性分析，即所述第二模拟器为使用比例相位滞后控制器算法的模拟器，所述变量包括但不限于如下任一或任多个：
比例增益Kdc、零点参数z、极点参数p。例如，所述变量为比例增益Kdc，则所述非变量为零点参数z、极点参数p；若所述变量为零点参数z，则所述非变量为比例增益Kdc和极点参数p；若所述变量为极点参数p，则所述非变量为比例增益Kdc、零点参数z。
步骤2、响应变量数据加载指令，根据所述变量范围以及所述非变量参数运行所述第二模拟器，通过所述第二模拟器将用户输入的作用力参数集合转换为轨迹信息；
容易理解的是，所述轨迹信息的确定是在变量进行变化的过程中确定的，可以根据该轨迹信息来判断在所述变量的变化过程中所述模拟器的稳定性。
步骤3、根据所述轨迹信息确定所述第二模拟器在所述变量范围内的稳定性。
可以理解的是，本发明实施例仿真方法中测试稳定性是基于变量与稳定性之间的关系，而变量在一定范围内变化的过程中，可以根据轨迹信息来判断稳定性。
作为一种可选的实施方式，本发明实施例根据所述轨迹信息确定所述预设模拟器在所述变量范围内的稳定性，具体实施方式如下所示：
响应用户的稳定性绘图指令，根据变量与所述稳定性之间的关系生成稳定性图像并通过图像显示界面进行显示，其中所述稳定性图像用于表征所述变量在所述变量范围内变化时所述第二模拟器的稳定性。
可选的，本发明实施例中的稳定性图像包括如下任一或任多种：
若变量个数为一个，则所述稳定性图像为一维曲线图像；或，
若变量个数为两个，则所述稳定性图像为二维图像；或，
若变量个数为三个，则所述稳定性图像为三维图像。
本发明实施例还提供一种选择输入界面来确定用户选择的第一模拟器以及用户输入的模拟器参数，并通过该选择输入界面给出用户可以对数据进行加载的操作按键，以响应数据加载指令。
如图2所示，所述选择输入界面包括六部分，分别如下所示：
第一部分是模拟器选择部分，包含有MIT控制器(比例相位滞后控制器)、NG1控制器(比例-积分-微分控制器)和阻抗控制器(可理解为基础控制器与MIT控制器或NG1控制器配合使用，也可为默认必选项)。
第二部分是***参数System Parmeters，包含有***惯性Inertia、***阻尼Damping和***刚度Stiffness。
第三部分是阻抗控制器Impedance Controller，包含有控制器参数质量Mass、阻尼Damper和刚度Stiff。
第四部分是MIT控制器，包含有比例增益Kdc、零点参数z和极点参数p。
第五部分是NG1控制器，包含有比例参数Kp，积分参数Ki和微分参数Kd。
第六部分是操作部分，包含有数据加载Data Loading，***伯德图曲线绘制BodePlot，***阶跃响应Step Response和脉冲响应Impulse Response。
下面通过绘图对本发明实施例提供的一种机器人控制器的仿真方法的具体实施步骤进行说明：
如图3所示，确定选择的模拟器以及输入的模拟器参数。可以通过在模拟器名称前面进行勾选的方式确定用户选择的模拟器，如图3勾选MIT Controller和Imp Controller，并输入与所述MIT Controller对应的模拟器参数。
如图4所示，响应数据加载指令，即用户可以通过点击Data Loading按钮发送数据加载指令，若数据加载完毕后，Status指示灯会变色(如从加载前的红色变成绿色)，表示数据加载正确。
实施中，响应用户的绘图指令，根据所述轨迹信息确定与所述绘图指令对应的响应曲线，若所述绘图指令为伯德图曲线绘制指令，则所述响应曲线如图5所示，若所述绘图指令为阶跃响应曲线绘制指令，则所述响应曲线如图6所示，若所述绘图指令为脉冲响应曲线绘制指令，则所述响应曲线如图7所示。
实施中，响应用户的指标分析指令，根据所述轨迹信息确定与所述指标分析指令对应的性能指标值，通过选择的模拟器以及输入的模拟器参数，来分析在该模拟器参数下所述模拟器的性能指标，通过量化的性能指标可以更加直观地观察模拟器算法(即控制器算法)的好坏。
如图8所示，通过显示界面显示性能指标值，其中性能指标值包括两部分，频域性能指标和时域性能指标，另外还可以通过Stable指示灯来直观判断稳定性能。其中，频域性能指标包括但不限于：幅值截止频率、幅值裕度、相位截止频率和相位裕度。时域性能指标包括但不限于：上升时间、调节时间、超调量和峰值时间。
可选的，通过性能指标计算Calculate按钮，响应用户的指标分析指令，确定各个性能指标值。
实施中，如图9所示，响应用户的稳定性分析指令，确定用户选择的变量个数以及输入的非变量参数。可选的，变量个数可以为1个、2个、3个，变量范围是可以设置的，用户可以根据设置的变量范围对应的稳定性图像来观测变量的变化对稳定性的影响。通过变量数目的变化，绘制不同状态下的***稳定性曲线，以用于观察不稳定和稳定的范围，从而选择合适的参数。
容易理解的是，当存在三个变量时，无法确定具体是哪个变量对***稳定性的影响较大，因此本实施例通过固定不同数量的变量，来确定某一个或某几个变量对***稳定性的影响，能够更加快速地确定各个变量对***稳定性的影响程度。
需要说明的是，本发明实施例中的变量和非变量参数都大于零。
如图10所示，选择的变量个数为1Varibale，即选择一个变量，其他两个变量是固定参数。如图11所示，响应变量数据加载指令，加载数据成功后，Status指示灯会变色(例如从红色变成绿色)。响应用户的稳定性绘图指令，可选的，用户可根据点击Stability Plot绘图按钮，进行稳定性绘图，如图12所示，若所述变量为单一变量，则稳定性图像为一维图像，其中横轴表示变量，纵轴表示稳定性，o表示稳定stable，×表示不稳定unstable；如图13所示，若所述变量为2个，则所述稳定性图像为二维图像，其中横轴表示第一个变量，纵轴表示第二个变量，o表示稳定，×表示不稳定；如图14所示，若所述变量为3个，则所述稳定性图像为三维图像，其中，X轴、Y轴和Z轴分别表示三个变量，o表示稳定，×表示不稳定。
如图15所示，本发明实施例还提供一种机器人控制器的具体仿真方法，该方法的具体实施流程如下所示：
步骤1500、确定用户选择的第一模拟器以及用户输入的模拟器参数；
其中所述第一模拟器用于根据仿真过程中接收的用户输入的作用力参数确定待仿真机器人的位置信息，所述模拟器参数包括表征所述待仿真机器人的属性参数以及所述待仿真机器人运动所需的运行参数；
步骤1501、响应数据加载指令，根据所述模拟器参数运行所述第一模拟器，通过所述第一模拟器将用户输入的作用力参数集合转换为轨迹信息；
其中所述轨迹信息用于表征所述待仿真机器人在所述模拟器参数下的运动轨迹。
步骤1502、响应用户的绘图指令，根据所述轨迹信息确定与所述绘图指令对应的响应曲线；
其中所述响应曲线用于表征所述轨迹信息中的位置信息与预设变量之间的关系；
其中，通过步骤1500-步骤1502，用户能够根据所述响应曲线确定出模拟器参数的较大范围，即确定出控制器参数的较大范围；
步骤1503、响应用户的指标分析指令，根据所述轨迹信息确定与所述指标分析指令对应的性能指标值；
其中所述性能指标值用于表征所述轨迹信息满足预设性能条件时确定的指标值。
通过步骤1503，用户能够从所述范围内的模拟器参数中确定出符合设计需求的模拟器参数，即确定出符合设计需求的控制器参数；
步骤1504、响应用户的稳定性分析指令，确定用户选择的变量个数以及输入的非变量参数和变量范围；
其中所述稳定性分析指令用于指示对第二模拟器的稳定性进行分析；
步骤1505、响应变量数据加载指令，根据所述变量范围以及所述非变量参数运行所述第二模拟器，通过所述第二模拟器将用户输入的作用力参数集合转换为轨迹信息；
步骤1506、响应用户的稳定性绘图指令，根据所述变量与所述稳定性之间的关系生成稳定性图像并通过图像显示界面进行显示；
其中所述稳定性图像用于表征所述变量在所述变量范围内变化时所述第二模拟器的稳定性。
通过步骤1504-步骤1506，用户能够根据所述稳定性图像确定出模拟器参数的较小范围，即确定出控制器参数的较小范围。
需要说明的是，本发明实施例中步骤1500～步骤1502可以与步骤1504～步骤1506并行执行，也可以先后执行，本发明实施例对此不作过多限定。若步骤1504-步骤1506是在步骤1500～步骤1502之后执行的，那么用户可以从较大范围的控制器参数集合中进一步确定出较小范围的控制器参数集合。然后执行步骤1503，用户可以从较小范围的控制器参数集合中确定符合设计需求的控制器参数。能够有效提高仿真效率，快速确定出符合设计需求的控制器参数。
实施例2
基于相同的发明构思，本发明实施例还提供了一种机器人控制器的仿真装置，由于该装置即是本发明实施例中的方法中的装置，并且该装置解决问题的原理与该方法相似，因此该装置的实施可以参见方法的实施，重复之处不再赘述。
如图16所示，该装置包括：
选择输入单元1600，用于确定用户选择的第一模拟器以及用户输入的模拟器参数，其中所述第一模拟器用于根据仿真过程中接收的用户输入的作用力参数确定待仿真机器人的位置信息，所述模拟器参数包括表征所述待仿真机器人的属性参数以及所述待仿真机器人运动所需的运行参数；
确定轨迹单元1601，用于响应数据加载指令，根据所述模拟器参数运行所述第一模拟器，通过所述第一模拟器将用户输入的作用力参数集合转换为轨迹信息，其中所述轨迹信息用于表征所述待仿真机器人在所述模拟器参数下的运动轨迹。
作为一种可选的实施方式，通过所述第一模拟器将用户输入的作用力参数集合转换为轨迹信息之后，所述确定轨迹单元还用于：
响应用户指令，根据所述轨迹信息确定与所述用户指令对应的显示内容，并通过显示界面进行显示，其中所述显示内容用于表征所述待仿真机器人在所述模拟器参数下的轨迹信息与所述模拟器性能之间的关系。
作为一种可选的实施方式于，所述确定轨迹单元具体还用于：
响应用户的绘图指令，根据所述轨迹信息确定与所述绘图指令对应的响应曲线，其中所述响应曲线用于表征所述轨迹信息中的位置信息与预设变量之间的关系；和/或，
响应用户的指标分析指令，根据所述轨迹信息确定与所述指标分析指令对应的性能指标值，其中所述性能指标值用于表征所述轨迹信息满足预设性能条件时确定的指标值。
作为一种可选的实施方式，所述装置还包括稳定分析单元具体用于：
响应用户的稳定性分析指令，确定用户选择的变量个数以及输入的非变量参数和变量范围，其中所述稳定性分析指令用于指示对第二模拟器的稳定性进行分析；
响应变量数据加载指令，根据所述变量范围以及所述非变量参数运行所述第二模拟器，通过所述第二模拟器将用户输入的作用力参数集合转换为轨迹信息；
根据所述轨迹信息确定所述第二模拟器在所述变量范围内的稳定性。
作为一种可选的实施方式，所述稳定分析单元具体用于：
响应用户的稳定性绘图指令，根据所述变量与所述稳定性之间的关系生成稳定性图像并通过图像显示界面进行显示，其中所述稳定性图像用于表征所述变量在所述变量范围内变化时所述第二模拟器的稳定性。
作为一种可选的实施方式，所述响应曲线包括如下任一或任多种：
伯德图曲线；
阶跃响应曲线；
脉冲响应曲线。
实施例3
基于相同的发明构思，本发明实施例还提供了一种机器人控制器的仿真设备，由于该设备即是本发明实施例中的方法中的设备，并且该设备解决问题的原理与该方法相似，因此该设备的实施可以参见方法的实施，重复之处不再赘述。
如图17所示，该设备包括处理器1700和存储器1701，所述存储器用于存储所述处理器可执行的程序，所述处理器用于读取所述存储器中的程序并执行如下步骤：
确定用户选择的第一模拟器以及用户输入的模拟器参数，其中所述第一模拟器用于根据仿真过程中接收的用户输入的作用力参数确定待仿真机器人的位置信息，所述模拟器参数包括表征所述待仿真机器人的属性参数以及所述待仿真机器人运动所需的运行参数；
响应数据加载指令，根据所述模拟器参数运行所述第一模拟器，通过所述第一模拟器将用户输入的作用力参数集合转换为轨迹信息，其中所述轨迹信息用于表征所述待仿真机器人在所述模拟器参数下的运动轨迹。
作为一种可选的实施方式，通过所述第一模拟器将用户输入的作用力参数集合转换为轨迹信息之后，所述处理器具体还被配置为执行：
响应用户指令，根据所述轨迹信息确定与所述用户指令对应的显示内容，并通过显示界面进行显示，其中所述显示内容用于表征所述待仿真机器人在所述模拟器参数下的轨迹信息与所述模拟器性能之间的关系。
作为一种可选的实施方式，所述处理器具体还被配置为执行：
响应用户的绘图指令，根据所述轨迹信息确定与所述绘图指令对应的响应曲线，其中所述响应曲线用于表征所述轨迹信息中的位置信息与预设变量之间的关系；和/或，
响应用户的指标分析指令，根据所述轨迹信息确定与所述指标分析指令对应的性能指标值，其中所述性能指标值用于表征所述轨迹信息满足预设性能条件时确定的指标值。
作为一种可选的实施方式，所述处理器具体还被配置为执行：
响应用户的稳定性分析指令，确定用户选择的变量个数以及输入的非变量参数和变量范围，其中所述稳定性分析指令用于指示对第二模拟器的稳定性进行分析；
响应变量数据加载指令，根据所述变量范围以及所述非变量参数运行所述第二模拟器，通过所述第二模拟器将用户输入的作用力参数集合转换为轨迹信息；
根据所述轨迹信息确定所述第二模拟器在所述变量范围内的稳定性。
作为一种可选的实施方式，所述处理器具体还被配置为执行：
响应用户的稳定性绘图指令，根据所述变量与所述稳定性之间的关系生成稳定性图像并通过图像显示界面进行显示，其中所述稳定性图像用于表征所述变量在所述变量范围内变化时所述第二模拟器的稳定性。
作为一种可选的实施方式，所述响应曲线包括如下任一或任多种：
伯德图曲线；
阶跃响应曲线；
脉冲响应曲线。
基于相同的发明构思，本发明实施例还提供了一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如下步骤：
确定用户选择的第一模拟器以及用户输入的模拟器参数，其中所述第一模拟器用于根据仿真过程中接收的用户输入的作用力参数确定待仿真机器人的位置信息，所述模拟器参数包括表征所述待仿真机器人的属性参数以及所述待仿真机器人运动所需的运行参数；
响应数据加载指令，根据所述模拟器参数运行所述第一模拟器，通过所述第一模拟器将用户输入的作用力参数集合转换为轨迹信息，其中所述轨迹信息用于表征所述待仿真机器人在所述模拟器参数下的运动轨迹。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的设备。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令设备的制造品，该指令设备实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种机器人控制器的仿真方法，其特征在于，该方法包括：
确定用户选择的第一模拟器以及用户输入的模拟器参数，其中所述第一模拟器用于根据仿真过程中接收的用户输入的作用力参数确定待仿真机器人的位置信息，所述模拟器参数包括表征所述待仿真机器人的属性参数以及所述待仿真机器人运动所需的运行参数；
响应数据加载指令，根据所述模拟器参数运行所述第一模拟器，通过所述第一模拟器将用户输入的作用力参数集合转换为轨迹信息，其中所述轨迹信息用于表征所述待仿真机器人在所述模拟器参数下的运动轨迹；
响应用户的稳定性分析指令，确定用户选择的变量个数以及输入的非变量参数和变量范围，其中所述稳定性分析指令用于指示对第二模拟器的稳定性进行分析；
响应变量数据加载指令，根据所述变量范围以及所述非变量参数运行所述第二模拟器，通过所述第二模拟器将用户输入的作用力参数集合转换为轨迹信息；
根据所述轨迹信息确定所述第二模拟器在所述变量范围内的稳定性。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过所述第一模拟器将用户输入的作用力参数集合转换为轨迹信息之后，还包括：
响应用户指令，根据所述轨迹信息确定与所述用户指令对应的显示内容，并通过显示界面进行显示，其中所述显示内容用于表征所述待仿真机器人在所述模拟器参数下的轨迹信息与所述模拟器性能之间的关系。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，响应用户指令，根据所述轨迹信息确定与所述用户指令对应的显示内容，包括：
响应用户的绘图指令，根据所述轨迹信息确定与所述绘图指令对应的响应曲线，其中所述响应曲线用于表征所述轨迹信息中的位置信息与预设变量之间的关系；和/或，
响应用户的指标分析指令，根据所述轨迹信息确定与所述指标分析指令对应的性能指标值，其中所述性能指标值用于表征所述轨迹信息满足预设性能条件时确定的指标值。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述轨迹信息确定所述第二模拟器在所述变量范围内的稳定性，包括：
响应用户的稳定性绘图指令，根据所述变量与所述稳定性之间的关系生成稳定性图像并通过图像显示界面进行显示，其中所述稳定性图像用于表征所述变量在所述变量范围内变化时所述第二模拟器的稳定性。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述响应曲线包括如下任一或任多种：
伯德图曲线；
阶跃响应曲线；
脉冲响应曲线。
6.一种机器人控制器的仿真装置，其特征在于，该装置包括：
选择输入单元，用于确定用户选择的第一模拟器以及用户输入的模拟器参数，其中所述第一模拟器用于根据仿真过程中接收的用户输入的作用力参数确定待仿真机器人的位置信息，所述模拟器参数包括表征所述待仿真机器人的属性参数以及所述待仿真机器人运动所需的运行参数；
确定轨迹单元，用于响应数据加载指令，根据所述模拟器参数运行所述第一模拟器，通过所述第一模拟器将用户输入的作用力参数集合转换为轨迹信息，其中所述轨迹信息用于表征所述待仿真机器人在所述模拟器参数下的运动轨迹；
稳定分析单元，用于响应用户的稳定性分析指令，确定用户选择的变量个数以及输入的非变量参数和变量范围，其中所述稳定性分析指令用于指示对第二模拟器的稳定性进行分析；响应变量数据加载指令，根据所述变量范围以及所述非变量参数运行所述第二模拟器，通过所述第二模拟器将用户输入的作用力参数集合转换为轨迹信息；根据所述轨迹信息确定所述第二模拟器在所述变量范围内的稳定性。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，通过所述第一模拟器将用户输入的作用力参数集合转换为轨迹信息之后，所述确定轨迹单元还用于：
响应用户指令，根据所述轨迹信息确定与所述用户指令对应的显示内容，并通过显示界面进行显示，其中所述显示内容用于表征所述待仿真机器人在所述模拟器参数下的轨迹信息与所述模拟器性能之间的关系。
8.一种机器人控制器的仿真设备，其特征在于，该设备包括处理器和存储器，所述存储器用于存储所述处理器可执行的程序，所述处理器用于读取所述存储器中的程序并执行权利要求1～5任一所述方法的步骤。
9.一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1～5任一所述方法的步骤。
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Denomination of invention: A Simulation Method, Device, and Equipment for a Robot Controller

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License type: Exclusive License

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