轮式机器人建模和简单控制

本章目标:建立如下图四轮小车，并进行简易操控

对于Webots，xyz坐标方向如下图：

一.建模

1.分解机器人模型

预备知识:
包含solid node和其派生节点的集合统称为solid node

机器人模型由树状solid node组成，根节点为robot node。不同的solid node由joint node连结。device node应该是robot node或者joint node的子节点。

joint node 被用来在它的父&子节点间添加自由度(DOF)，这里的父&子节点均为solid node。

joint node 派生的节点可以在被连结的节点音添加不同的约束。比如机器人中常用的 HingeJoint 来约束其它可旋转的电机包括轮子。

可以通过添加一个对应的 PositionSensor node或者motor node来检测或者驱动joint node。

所以:
1.判断需要创建solid node的部分，比如轮式机器人，躯体+4个轮子一共需要5个solid node。
根据建模预期适当减少DOF对于获取有效仿真很重要。比如仿真一个脚轮需要2个DOF，如果对于仿真来说精度是不需要的，可以将其模拟为一个球体，跟地面摩擦系数为0。
2.选择合适的robot node（通常为对称中心，便于计算)

$ 新建solid,选中->右键->Transform to -> robot（作为机器人节点) 这里把车体作为robot node
$ 插入相关节点，如下图，box 尺寸为(0.1,0.05,0.2)

2.HingeJoints 铰链关节设置

轮子的初始位置由translation和rotation决定(solid node)
旋转方向(anchor)和旋转轴由HingeJoint node的HingeJointParameters决定

对于第一个轮子，Solid translation设置为(0.06,0,0.05)，以便让车轮与车身有相对间隙。HingeJointParameters anchor设置为(0.06,0,0.05)，定义相对于车身的旋转原点。最后HingeJointParameters axis 定义旋转轴，设置为x轴，即(1,0,0)

为什么要用Transform来放Cylinder?
因为Cylinder被定义旋转轴为y轴，故这里用Transfrom来封装Shape，以达到沿x轴的目的。

$旋转 Transform node (0,0,1,Pi/2)，设置Cylinder的半径为0.04，高度为0.02，颜色为绿色。
$添加4个HingeJoint（在Robot child节点下面)，使用预定义的DEF Transform node。（四个车轮的相对位置在end Point Solid的translation设置。）
$为了控制车轮，分别给4个HingeJoint下添加RotationalMotor，并添加名字(不是DEF)从wheel1到wheel4。

3.传感器

可以直接在Robot node的children下面添加DistanceSensor node。注意距离传感器仅能获取+x的数据，需要调整传感器安装方向。
$ 添加两个距离传感器，随便找个Shape装上即可。

二、控制器实现代码


#include <webots/robot.h>
#include <webots/motor.h>#define TIME_STEP 64int main(int argc, char **argv) {wb_robot_init();WbDeviceTag wheels[4];char wheels_names[4][8] = {"wheel1", "wheel2", "wheel3", "wheel4"};int i;for (i=0; i<4 ; i++)wheels[i] = wb_robot_get_device(wheels_names[i]);double speed = 1.5; // [rad/s]for (i=0; i<4 ; i++){wb_motor_set_position(wheels[i], INFINITY);wb_motor_set_velocity(wheels[i], speed);}/* main loop* Perform simulation steps of TIME_STEP milliseconds* and leave the loop when the simulation is over*/while (wb_robot_step(TIME_STEP) != -1) {/** Read the sensors :* Enter here functions to read sensor data, like:*  double val = wb_distance_sensor_get_value(my_sensor);*//* Process sensor data here *//** Enter here functions to send actuator commands, like:* wb_motor_set_position(my_actuator, 10.0);*/};/* Enter your cleanup code here *//* This is necessary to cleanup webots resources */wb_robot_cleanup();return 0;
}

三、实现效果

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