如何设计液压式双足机器人运动数据可视化系统

　　液压双足机器人由于具有高负载、快速动态响应等优点，逐渐地应用于军事、救灾等复杂危险的任务中。设计一个稳定、高效的运动数据感知获取系统并实现数据可视化显示，对双足机器人的步态规划、运动控制以及运动状态监测有着重要的意义。针对当前机器人数据感知获取系统结构冗余、可靠性和灵活性低的问题，本文设计实现了一个分布式模块化的机器人运动数据可视化系统可完成对机器人运动数据的感知获取并对数据进行可视化显示，对后续机器人实现更高功能奠定了基础。首先，在双足机器人运动结构和运动数据分析的基础上，分析了双足机器人运动数据可视化系统的需求，确定了各功能模块的设计要求，进而完成了分布式系统架构的搭建。根据驱动单元运动参数和本体运动状态参数的特点确定了不同的数据获取传输方式，然后完成数据可视化系统软件的需求分析为后续工作提供依据。其次，对运动数据的采集传输进行了分析研究。对于驱动单元运动数据的获取，采用基于Ether CAT现场总线实现对直线位移、角位移和拉压力传感器的实时数据采集，其模块化的端子结构使得关节驱动单元扩展性更强、结构更加灵活。对于本体运动状态参数的获取，基于RS232串行总线完成对姿态角度和六轴力数据的实时获取，保证了数据获取的可靠性和开发的高效。针对数据在不同层级间的传输，在关节驱动与步态控制层通过ADS（Automation Device Specification）实现数据传输保证了实时高效，步态控制层与远程任务规划层通过YARP（Yet Another Robot Platform）传输数据保证了准确同步的数据传输。接着，对获取到的数据进行了可视化显示。基于MFC对可视化软件进行了设计开发。对于二维实时曲线的绘制，采用Chart Ctrl绘图库来实现，并对其数据更新算法进行了分析;对于三维模型的显示，采用Open GL三维库的三维虚拟模型显示，并对OBJ模型读取、光照设置和视图交互控制等功能进行了分析和实现。最后，在上述工作基础上，完成了可视化系统的验证实验，对数据获取传输模块的性能以及基于机器人单腿实验平台完成数据可视化软件的显示等功能进行了验证，验证了系统的可靠性和实时性。