一种机械臂的操作方法与流程

1.本发明涉及机械臂控制技术领域，尤其涉及一种机械臂的操作方法。


背景技术：

2.机械臂是指高精度，多输入多输出、高度非线性、强耦合的复杂系统。因其独特的操作灵活性,已在工业装配,安全防爆等领域得到广泛应用。机械臂是一个复杂系统,存在着参数摄动、外界干扰及未建模动态等不确定性。因而机械臂的建模模型也存在着不确定性，对于不同的任务,需要规划机械臂关节空间的运动轨迹，从而级联构成末端位姿，机械手臂是机械人技术领域中得到最广泛实际应用的自动化机械装置，在工业制造、医学治疗、娱乐服务、军事、半导体制造以及太空探索等领域都能见到它的身影。尽管它们的形态各有不同，但它们都有一个共同的特点，就是能够接受指令，精确地定位到三维(或二维)空间上的某一点进行作业，拍摄技术的核心是用机器人/机械臂帮助拍摄者实现人手无法完成的摄影机运动轨迹。比如当需要摄影机以极快的速度运动以拍摄一个水滴下落的过程，以极快的速度跟上演员的武打动作，同时焦距和光圈都精准地符合要求。亦或是以极慢的速度，比如用两天或是一个星期的时间完成一个运镜以拍摄星空的变化，城市的车流。或是需要合成拍摄的时候，运行两次准确一模一样的运镜。这些特殊效果都是人力手持无法完成的。而用机械臂完成以上所说的特效，这其中的核心技术就在于机器人/机械臂的编程技术，通常设计motioncontrol影视机器人/机械臂的运动路径时，是将机器人的关节手动调整至所需位置，以此来设置两个以上的动作关键点，让其从一个动作移动到另一个动作，以完成所需轨迹。
3.现有影视机械臂编程技术的最大问题是无法在实际拍摄前预览和预估拍摄的结果，因为必须得在拍摄场地现场实时设置运行轨迹，会消耗大量拍片的时间。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了解决现有技术中存在影视机械臂编程技术的最大问题是无法在实际拍摄前预览和预估拍摄的结果，因为必须得在拍摄场地现场实时设置运行轨迹，会消耗大量拍片的时间的缺点，而提出的一种机械臂的操作方法。
5.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
6.一种机械臂的操作方法，包括以下步骤：
7.s1：为机械臂在3d软件中建造模型；
8.s2：为机械臂的3d模型进行的轨迹设计；
9.s3：按照设计的轨迹使3d模型运行；
10.s4：将准确的运行轨迹文件导出，应用在机械臂本体上；
11.s5：通过传感器对机械臂本体的动作进行监测；
12.s6：将监测数据与设计数据进行对比，数据合格即可完成对机械臂的精准操作。
13.优选的，所述s5中，传感器包括角度传感器和位移传感器。
14.优选的，所述s1中，为机械臂在3d软件中建造模型，并让此模型与机械臂本体的每个关节精确地联动。
15.优选的，所述s3中，按照设计的轨迹使3d模型运行，预览摄影机中会得到的画面，预览周围环境的局限性，提前决定场景与道具的位置，演员的走位。
16.优选的，所述s5中，传感器与控制器连接，控制器连接报警器，当传感器监测到数据与设计的数据有出入时，控制器控制报警器报警。
17.优选的，所述角度传感器对机械臂运动角度进行监测，位移传感器对机械臂位移距离进行监测。
18.优选的，所述控制器连接有显示器，通过显示器显示数据对比结果，控制器为可编程plc控制器。
19.优选的，所述控制器报警后，对机械臂进行调试，调试完成后继续运行，并对调试位置进行记录。
20.优选的，所述s3中，直接在3d软件里用鼠标移动3d模型的关节，与本体的联动作用会反求现实中机械臂的关节数值。
21.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
22.本方案实现了在3d软件中对机械臂的3d模型进行轨迹设计，此步骤可在拍摄日之前完成，为影视创作者提供了预览拍摄结果的选项，影视创作者可在3d软件中预览机械臂的运行，预览摄影机中会得到的画面，预览周围环境的局限性，提前决定场景与道具的位置，演员的走位等等，为实际拍摄日节省时间，而且我们为机械臂的3d模型进行的轨迹设计文件可直接导出应用在机械臂本体上，不需要再在拍摄现场重新设计，省时省力；
23.本发明让操作技术加快的同时为拍摄团队提供了拍摄预览的选择。
具体实施方式
24.下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
25.一种机械臂的操作方法，包括以下步骤：
26.s1：为机械臂在3d软件中建造模型，并让此模型与机械臂本体的每个关节精确地联动；
27.s2：为机械臂的3d模型进行的轨迹设计；
28.s3：按照设计的轨迹使3d模型运行，直接在3d软件里用鼠标移动3d模型的关节，与本体的联动作用会反求现实中机械臂的关节数值，预览摄影机中会得到的画面，预览周围环境的局限性，提前决定场景与道具的位置，演员的走位；
29.s4：将准确的运行轨迹文件导出，应用在机械臂本体上；
30.s5：通过传感器对机械臂本体的动作进行监测，传感器包括角度传感器和位移传感器，传感器与控制器连接，控制器连接报警器，当传感器监测到数据与设计的数据有出入时，控制器控制报警器报警，角度传感器对机械臂运动角度进行监测，位移传感器对机械臂位移距离进行监测，控制器连接有显示器，通过显示器显示数据对比结果，控制器为可编程plc控制器，控制器报警后，对机械臂进行调试，调试完成后继续运行，并对调试位置进行记录；
31.s6：将监测数据与设计数据进行对比，数据合格即可完成对机械臂的精准操作，可以直接在3d软件里用鼠标移动3d模型的关节，与本体的联动作用会反求现实中机械臂的关节数值，极大地节省了用数值调整姿态的时间，为拍片团队节省出时间，并且我们运用这个技术可为拍摄团队提供更大的便利，在拍摄之前我们可为创作团队在3d软件中模拟拍摄的环境与演员，并预知拍摄中会遇到的问题，以提前做出拍摄决策。
32.本方案实现了在3d软件中对机械臂的3d模型进行轨迹设计，此步骤可在拍摄日之前完成，为影视创作者提供了预览拍摄结果的选项，影视创作者可在3d软件中预览机械臂的运行，预览摄影机中会得到的画面，预览周围环境的局限性，提前决定场景与道具的位置，演员的走位等等，为实际拍摄日节省时间，而且我们为机械臂的3d模型进行的轨迹设计文件可直接导出应用在机械臂本体上，不需要再在拍摄现场重新设计，省时省力。
33.本发明中，s1中，机械臂在3d软件中建造模型后，需要制作机械臂控制器，命名为bolt_ikrig_。移动到机械臂处，完成定位后，执行modify》freeze transformations命令，将控制器参数归零，edit》delete by type》history删除历史记录。
34.roll_grp,tilt_geo,pan_geo,angle_geo,track_geo,lift_geo,rotate_geo打组geo_grp，将模型各部分组合成整体。
35.在outliner中，将roll_prx_loc,track和lift_loc打组ik_grp，用中键将ik_grp拖入bolt_ikrig_，将ik的总组作为控制器的子物体。
36.为摄像机控制添加属性，对摄像机功能进行控制将nodapoint handle和examplecam打组nodapoint handl，用于控制摄像机的移动。选中nodalpointhandleshape，添加属性，选择modify》add attribute，添加long name为f1、f2、f3、f4、f5，f2345，f1x，f1y，roll，twist等属性。选中控制器nodalpointhandleshape，通道栏属性；为控制器nodalpointhandleshape属性连接机械臂动作，打开window》general editors》connection editor选中控制器nodalpointhandleshape，在connection editor中点击reload left，选中ik_grp中的关节点，点击reload right，字体成斜体，并且通道栏内的rotate z属性值为黄色显示表示已连接。同理制作其他关节连接。
37.制作完毕后，测试。选中控制器nodalpointhandleshap，在透视图中选中线条拖动，或者选中translation的x，y,z,rotate的x,y,z，手臂摄像机链接动画完成。同理设置trackhandleshape，为机器与轨道进行链接。
38.在之前所展示的真实机械手臂的操作软件中，其坐标点为摄像机所在坐标点，home点为固定点即原点。所以在这套三维模型系统中，将模型中的摄像机的相同固定位置点设置为原点。所以，在导入或导出运动路径时，实际是导入导出的摄像机的空间坐标点。控制器nodalpointhandleshape所控制的即摄像机的空间运动，与手臂模型链接后，即可在真实手臂运动的限制范围内实现运动。
39.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。