Vrep建模教程1——BubbleRob机器人建模

好消息，我要在过年前更新Vrep的一系列教程了，大家有什么需求可以在下面留言或者私信给我！！

声明：本文参考V-REP官网教程文档，英语好的同学可以直接阅读 原文 。由于原文中很多 *** 作仅给出文字说明，学习时候容易造成困惑，本文尽量在原文基础上进行一点完善。

V-REP是开源仿真软件，有EDU教育版是免费的，安装也是非常简单的（貌似只能安装到C盘），我现在使用的是3.3.2版本。这个文章是介绍一个BubbleRob机器人构建过程，教程最终的结果可以在V-REP安装目录文件夹下的tutorials/BubbleRob这个路径中找到，如果你现在安装好了V-REP软件，可以打开看看。效果图如下：

现在开始进行实例建模。

首先向场景中添加一个直径为0.2m的球体（命令为： [Menu bar -->Add -->Primitive shape -->Sphere] ），在d出窗口中在X-size处填入0.2，点击OK就可以了。这个球体将作为小车的车身。

现在可以下面图1视角变换的工具，查看发现球体的Z轴方向坐标为零，直接置于floor(后面都翻译为地板)上面，因为后面要给小车加入轮子，所以要将球体进行适当的抬高。选择图2中平移工具，对球体进行平移。最后球体的Z轴坐标为0.12m，x、y的坐标均为0（过程参考图3）。完成平移 *** 作后，双击球体的名称Sphere，将名字改为bubbleRob。

恭喜完成上面的平移 *** 作，如果你能对我备注里的3条加以体会的话，后面的 *** 作都将非常简单。接下来开始构建小机器人的轮子。这里我们选择新建一个scene，在这个临时的scene中完成轮子的构建。这样做的目的是为了保护你刚才完成的球体的构建，避免对轮子 *** 作的过程中影响了你之前做的工作。当然，如果你不太乐意新建一个scene的话，你可以在当前的scene中完成下面的步骤。

通过 Menu bar -->File -->New scene ，建立一个新的场景，添加一个圆柱体 Menu bar -->Add -->Primitive shape -->Cylinder (后面这种添加 *** 作的命令将不再标出)。尺寸为0.08,0.08,0.02。对圆柱体进行平移变换 *** 作，将其绝对坐标设置为（0.05,0.1,0.04），绝对方向为（-90,0,0）。现在将其重命名为bubbleRob_leftWheel，也就是我们的左轮。

重要 这里要设置左轮的属性，设置属性的 *** 作将重复无数次，一定要非常熟悉。设置属性对话框一般是点击图1中的标识部分（ Markdown不能图片编号，所以每一段图片都重新编号 ）。图2表示刚才建立的左轮的属性对话框，属性对话框有两个选项卡，第一个为Shape，设置颜色、形状、几何参数还有下面的 动力学属性 等；第二个为Common，这个选项卡更为常用，几乎每个对象都需要设置这个页面。我们先给左轮设置其为“可碰撞，可测量，可渲染，可检测”，见图3.

完成上述 *** 作后，选择左轮，利用复制粘贴快捷键，得到左轮的副本，将其重命名为bubbleRob_rightWheel，并通过平移变换 *** 作将其Y坐标设置为-0.1，最后得到下图的样子。摁住Ctrl键，同时选中左轮和右轮，将其复制，粘贴至最初建立的球体的scene中，得到机器人的初样。

此时，我们需要加入电机来驱动左轮和右轮，通过 Menu bar -->Add -->Joint -->Revolute 添加回转关节，通常加入的关节都是出于World坐标系的原点位置（如果有时候你原点有个很大的东西，有可能会看不到你添加的东西）。为了将关节与左轮联系一起来，快捷的方式是按照图1 的方式进行对齐，首先打开平移窗口，然后点击选择驱动关节，然后摁住Ctrl键选择你要对齐的左轮，然后点击 Apply to selection ，可以发现关节移动到了左轮上。将选项卡切换到Orientation/Rotation，进行同样的 *** 作，使得电机在旋转方向上与左轮一致。（注：这个 *** 作可以满足大部分的情况需求，但是有时候旋转方向还是需要通过手动改变欧拉角进行手动的调整）。

同样的道理，添加右轮的驱动关节，将关节重命名为bubbleRob_leftMotor和bubbleRob_rightMotor。由于这两个关节要作为电机提供动力，因此需要设置其属性。参考图2，打开bubbleRob_leftMotor的属性对话框，在Joint选项卡下选择 Show dynamic properties dialog ，勾选 Motor enable ，注意不要勾选 Lock motor when target velocity i 。同理，右轮电机也需要完成上述 *** 作。（注：在勾选 Motor enable 之后，可以修改下面的 Target velocity 修改电机的输出速度。）

重要 修改层次结构，V-REP可以很简单的将两个物体进行绑定。通过在Scence Hierarchy中拖拽可以快速的调整层次结构。调整后的层次结构见图3.此时你可以电机仿真工具栏中的开始按钮，进行仿真。放着结构发现机器人向后翻，因此需要增加第3个支撑点。

完成上述 *** 作之后需要增加第3个支撑点，第三个支撑点增加一个万向轮，在这里我们增加一个球体，并设置其材料属性为无摩擦。考虑到大家已经完成上述的 *** 作，这里就直接介绍过程。新建一个scene，建立一个直径为0.05m的球体，设置其Common，勾选Object special properties下面的4个选项，即设置其为“可碰撞，可测量，可渲染，可检测”，将其重命名为bubbleRob_slider，并选择其材料Materia属性为noFrictionMaterial（无摩擦）。由于支撑点要与机器人进行刚性连接，因此需要添加一个Force sensor（力传感器），通过 Menu bar -->Add -->Force sensor ，并将其向上平移0.05m，并将其重命名为bubbleRob_connection 。将这两个对象选中并复制粘贴到原scene中，将其整体沿x轴正方向平移0.07m，此时的目录结构可以参考下图1。此时可以运行仿真，在bullet 2.78的求解器下，发现在没有电机驱动力的情况下小车会移动，这与设计的状态有所不同，因此需要进行一些调整。

首先考虑到由于bubbleRob与bubbleRob_slider之间采用刚性连接，而两个都是具有碰撞属性的，在动力学模拟的过程中可能产生一些问题，因此需要进行一些设置。这里首先解除两个球体之间的碰撞属性，采用的方法为改变local respondable mask，bubbleRob的设置为11110000，bubbleRob_slider设置为00001111，设置状态见图2。此时继续运行仿真，发现采用bullet 2.78求解时仍然会移动，而bullet 2.83求解时基本不动，采用ode求解器时介于两者之间。

官网给出此现象是由于 动态模拟的稳定性与涉及的非静态形状的质量和惯性紧密相关。 ，详细的请阅读 此文 ，这里修改的方式为修改两个驱动轮和万向轮的质量，设置过程见图3。此时再次运行仿真，发现机器人基本处于静止状态，符合预设物理规律。

此时，我们完成了小车模型基本模型的建立。

（待添加）

（待添加）

关于物理引擎 “Bullet, ODE, 和 Newton” （Vortex 自动忽略）使用经验

对于复杂系统（32个自由度），如果涉及到 V-rep 和 MATLAB, Python, 或 ROS 某一个或者某几个之间的通讯问题，ODE 最佳，Bullet 可用，Newton 不推荐。

不涉及通讯，直接 LUA，ODE 依然最佳，Newton 相差无几，甚至会比 ODE 更稳定，Bullet 也可用。不展开了，纯个人经验。

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先快速回答问题：

1. 最好的快速入门的资料，官方的 Tutorials V-REP User Manual

2. 最好有中文版的，据我所知，没发现有太好的。

好了，直接略去关于V-rep 最基本的介绍和与其他常用机器人仿真软件 Gazebo 的详细比较（感兴趣参阅 Draft:Comparison of Robotic Simulators ），直接上使用一个多月来的一些心得。

正如上面所说，个人感觉最好的快速入门资料就是官方的 Tutorials，尤其是 Bubble Rob tutorial， Inverse kinematics tutorial，Importing and preparing rigid bodies tutorial，和Hexapod tutorial，一边做一边点开蓝色的关键词学习，一天便可对软件有个整体的把握。

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