利用反向动力学仿真的机器人动画方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用反向动力学仿真的机器人动画方法，包括步骤a、建立研究对象的层次结构关系，即将研究对象分为多个骨骼链；步骤b、利用循环坐标下降法分析上述骨骼链之间的反向运动；步骤c、对上述骨骼链中的关节旋转角度进行约束处理。达到快速简单且准确的获取目标运动情况的目的。
【专利说明】利用反向动力学仿真的机器人动画方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及计算机科技【技术领域】，具体地，涉及一种利用反向动力学仿真的机器 人动画方法。
【背景技术】
[0002] 随着科技的发展，计算机技术逐渐应用于社会的方方面面，尤其是对于国防军事 方面也有很大的推动作用，在这个机器自动化的信息时代，军事战略一直是国家战略的一 个重要部分，军事上的变革和战争给国防科技发展新的推动力，为了巩固国防力量，各个国 家都力图掌握更先进的军事技术手段，因此军事技术越来受到国家的重视。
[0003] 近几年来，新军事革命问题成为人们关心的热门话题，新的军事科技的发展影响 表现在：武器装备的原理和种类不断的多样化，结构的复杂化，这种军事领域发生着快速的 变化，如：无人作战航空器、微型攻击机器人等，这一切的发明都需要科技的支持。目前机器 人的动画系统是采用三角函数中的余弦定理进行数值分析来解决机器人在动力学应用，这 种方法至多对于三个骨骼和三个节点的情况，如果是多个骨骼、多个关节的话，利用此方法 就会出现缺陷而无法处理。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种利用反向动力学仿真的机器人动画 方法，以实现快速简单且准确的获取目标运动情况的优点。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
[0006] 一种利用反向动力学仿真的机器人动画方法，包括以下步骤：
[0007] 步骤a、建立研宄对象的层次结构关系，即将研宄对象分为多个骨骼链；
[0008] 步骤b、利用循环坐标下降法分析上述骨骼链之间的反向运动；
[0009] 步骤C、对上述骨骼链中的关节旋转角度进行约束处理。
[0010] 优选的，所述步骤a中还包括：
[0011] 确定一个或者几个目标位置，让各个骨骼链做旋转变换，从而得到末端子骨骼所 处的目标位置。
[0012] 优选的，所述步骤b所述的循环坐标下降法包括以下步骤：
[0013] 步骤b 1、从骨骼链中的末端子骨骼C连接的关节1开始，计算末端子骨骼C与末端 子骨骼的父骨骼B形成的夹角并旋转；
[0014] 步骤b2、从B骨骼连接的关节2,计算B骨骼与B骨骼的父骨骼A形成的夹角并旋 转；
[0015] 步骤b3、如旋转后到达根关节3仍未达到目标位置，则以末端子骨骼C的关节1重 复步骤bl，进入下次循环，直到根关节3达到目标位置。
[0016] 优选的，对于骨骼链的旋转为：
[0017] 设父骨骼A为开始，末端子骨骼C为终止，目标位置为目标；
[0018] 则计算绝对旋转后连接点和目标位置以及末端子骨骼C的相对位置；
【权利要求】
1. 一种利用反向动力学仿真的机器人动画方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤a、建立研宄对象的层次结构关系，即将研宄对象分为多个骨骼链； 步骤b、利用循环坐标下降法分析上述骨骼链之间的反向运动； 步骤c、对上述骨骼链中的关节旋转角度进行约束处理。
2. 根据权利要求1所述的利用反向动力学仿真的机器人动画方法，其特征在于，所述 步骤a中还包括： 确定一个或者几个目标位置，让各个骨骼链做旋转变换，从而得到末端子骨骼所处的 目标位置。
3. 根据权利要求1或2所述的利用反向动力学仿真的机器人动画方法，其特征在于，所 述步骤b所述的循环坐标下降法包括以下步骤： 步骤b 1、从骨骼链中的末端子骨骼C连接的关节1开始，计算末端子骨骼C与末端子骨 骼的父骨骼B形成的夹角并旋转； 步骤b2、从B骨骼连接的关节2,计算B骨骼与B骨骼的父骨骼A形成的夹角并旋转； 步骤b3、如旋转后到达根关节3仍未达到目标位置，则以末端子骨骼C的关节1重复步 骤bl，进入下次循环，直到根关节3达到目标位置。
4. 根据权利要求3所述的利用反向动力学仿真的机器人动画方法，其特征在于，对于 骨骼链的旋转为： 设父骨骼A为开始，末端子骨骼C为终止，目标位置为目标； 则计算绝对旋转后连接点和目标位置以及末端子骨骼C的相对位置；
量为 Q, 目标位置为O ; 然后将P、Q向量进行坐标系转化后，通过源向量和目标向量的叉乘得到旋转轴，即旋 转轴R : X Q ;旋转角度等于源向量f和目标向量^的夹角。
5. 根据权利要求1或4所述的利用反向动力学仿真的机器人动画方法，其特征在于，所 述步骤中对关节旋转角度进行约束处理具体为： 旋转角度的范围角度是基于tpos下的，tpos即两臂伸展，双腿站立的状态，预定义最 小值和最大旋转角度；当旋转角度小于规定的最小角度时，此时骨骼旋转角度就等于最小 角度，当旋转角度大于规定最大角度时，骨骼旋转角度就等于最大角度。
6. 根据权利要求2或4所述的利用反向动力学仿真的机器人动画方法，其特征在于，还 包括步骤d，对于目标位置变化和不需要达到目标位置利用反向动力学进行特殊的变换实 现，具体为当角色在一个凹凸表面走路，会自动调节两脚的高低，该情况下目标位置是随时 在变换的；为了适应于角色在不同坡度的路面进行自适应的走路，根据路面的法线方向以 及脚的跨度产生左右脚的目标点位置，目标位置轨迹会根据坡度的斜度进行旋转。
【文档编号】G06T13/00GK104517310SQ201410564494
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年10月21日 优先权日:2014年10月21日
【发明者】张翼 申请人:无锡梵天信息技术股份有限公司