Webots串级机械臂建模仿真过程-详细！

此篇博客转自本作者在古月居的博客：https://www.guyuehome.com/24692

前言：非常高兴能作为古月居的签约作者，以后将推出更有价值的文章，以供参考。由于最近要参与一个等效为机械臂的项目，肯定需要做仿真，在加上好友青云同样想要学习机器人仿真软件，特此推出这个简单的教程，基于的环境是Webots-2020a。另外，在很早之前，自己也推出了一个舵轮底盘的教程，但是相对于机械臂来说，结构稍显简单。这次为构建一个三自由度机械臂作为参考案例。最终效果图如下

首先，在webots中建立一个工程，点击上方Wizards，新建工程为mii_hand。

然后，在建立环境，为hand.wbt，一路确认。

然后，在左边列表栏，鼠标右击，Add new，展开Base nodes, 添加一个Robot节点。

添加后，左侧展开Robot节点，找到children，children很重要，后面不同组件的关系都是依据在children 下并行连接还是串行连接。这里我们需要给这个机器人添加一个主体形状，右击children, 点击Add New，找到Base node添加一个Shape, 需要配置他的几何形状（需要右击geometry, 然后Add New，在Base node下面）和外观（需要右击material, 然后Add New，在Base node下面），具体的配置如下，这是一个黄色的圆柱体。

有了具体形状，那么我们肯定还需要配置他的物理效果。首先需要为它添加碰撞边界，首先需要重新命名所建立的Shape, 点击Shape后在下方找到DEF,修改为BODY。然后在Robot节点下面找到boundingObject，右击添加，找到USE，具体如图所示，可以找到BODY（Shape）。然后，找到physics Physics，直接添加物理属性。这里如果不做修改，默认质量按体积*密度。关键点如下图。

完成上述后，最后一览效果如下。此时，运行仿真，圆柱体就会立在地面上。

接下来添加机器人关节，需要为机器人添加铰链（HineJoint），在BODY shape 下面，右击添加Base node 下面中的 HingeJoint。

首先为铰链添加一个实体（Solid）,先展开HingeJoint，同样上面的操作，添加Solid。

同样之前的操作，添加形状为 Cyliner，然后配置他的大小，颜色等。

配置大小，位姿，形状如下橙黄色圆柱体所示

接下来配置电机实体的碰撞编辑和物理效果，与之前的BODY操作一致。

接下来配置，铰链的位置信息，如下。其中，主要是axis 和 anchor ，分别的表述意思为轴朝向和轴坐标位置，仔细观察前面的实体左边，你会发现和圆柱实体中心重合，这符合旋转电机特点。

接下来为铰链添加设备，这里添加电机，当然还可以添加位置传感器，一般的电机API中可以返回位置信息，所以可以选择不用在添加。

接下来配置电机具体参数，其中有很多属性，这里只配置最大速度和最大扭矩，其他保持默认，该假设电机为理想的模型。

此时点击上方运行，可以发现铰链关节随主体一起运动（我这里对机器人添加干扰力，使其翻倒）。

接下来，需要给铰链添加延伸的肢体，相似的，在铰链关节下Solid的children下添加Solid，此时肢体的父坐标系就是电机的Solid。

由于，第一个肢体是一个L形的形状，需要两个长方体Shape拼接而成，此处，需要用到Group和Transform，前者可以理解为将多个Shape组合为一个对象，后者则是对对象的一个位移和旋转变换。同样的流程，在肢体Solid下面添加Group

然后添加 Transform

在 Transform 下添加 Shape，配置形状，大小，及纹理参数。

同样的操作，配置第二个肢体第二部分

此时，需要配置肢体的碰撞边界时，只需要重新定义Group就可以，然后添加物理效果，具体配置如下图

然后，则需要配置下一个关节单元。在上面配置的肢体下面的children下面添加HingJoint，与上面同样的流程，电机属性一致，不相同的参数部分有以下所示，

那么，同理，如果要进行下一段肢体的配置，则在 Motor2 下的Solid 下的children下，添加肢体的Solid即可。具体配置与上述同理，具体参数如下

然后，就可以配置第三个电机单元和下一段肢体。配置流程，同上述的过程，配置的效果如下

然后，运行仿真（我这里对机器人添加干扰力，使其翻倒），可以看到

初步总结：配置的核心思想就是，一个实体或者组件，在父节点的children下就意味着，该实体或者组件坐标系从属父节点的坐标系。对于串级的机械臂，配置可以是K级坐标系在上K-1级坐标系下，这是一种比较容易理解的方法。当然，不只有这一种配置方法。接下来，建立一个简单的控制器（python），驱动电机单元。点击上面的Wizards，点击New Robot Controller，一路next,

我是使用 VSCode打开可以看到,

这一步很关键，需要将Robot下面的控制器修改为我们新建的控制器，展开Robot，找到controller，具体如下,

紧接着，编写控制器内容。这里我们简单调用那三个电机，跑到一个固定位置下。

最终运行的效果如下所示，可以见到机器人把手举了起来。

总结： Webots构建机器人简易模型是非常容易的，建模方法不只有这一种。这个过程在给与一个简单的例子，方便大家理解。如果熟悉了整个流程，那么就可以很容易去构架其他的串级关节的机器人，比如构建一个四足机器人。

最后，如果有什么疑问，欢迎大家留言。

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