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V-rep机器人仿真软件使用的学习笔记

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本博客续：V-rep机器人仿真软件使用的学习笔记-续
相关博客：V-rep中机械臂惯性参数的获取方法

前言

这篇博客主要是记录自己学习和使用机器人仿真软件V-rep过程中的一些知识点和踩的坑。首先从下面两个问题展开：

  • 常用的机器人仿真软件有哪些什么选择V-repbr> 目前常用的机器人物理仿真软件有Gazebo、V-rep、Webots等，这三款都是开源软件，自己使用过前两种，Gazebo配合ROS使用功能十分强大，但是要在Linux系统下使用，会有些不方便；V-rep是一个跨平台的仿真软件，在windows和Linux下都可以很稳定的运行，而且软件体积较小。考虑到要在windows下使用仿真软件，以及V-rep方便的Python API接口和易用性，最终选择使用V-rep。
  • V-rep在自己项目的应用情况br> 自己使用V-rep主要用来进行机械臂规划和控制方面算法的验证和仿真实验，主要用于以下两个方面：
    • 利用V-rep的物理仿真环境，建立类似OpenAI Gym的交互环境，进行基于强化学习的机械臂规划和控制方法方面的仿真实验。
    • 利用V-rep进行双臂机器人协作规划和控制算法研究

V-rep中内置了很多商用机械臂模型。如果使用Gazebo，可以搭配ROS Moveit!进行机械臂相关的仿真和实物规划与控制。

2.2.1 non-threaded child scripts

non-threaded child scripts包含一组阻塞函数，即每次被调用时将执行一些任务，然后返回控制权，如果没有返回则整个仿真一直停滞。每个仿真间隔中non-threaded child scripts将被main script调用两次：main script’s actuation and sensing 。
Tip：优先选择non-threaded child scripts来写子脚本。

non-threaded child scripts应当被分为4个函数来写：

  • 初始化函数sysCall_init：仅在child script被调用时执行一次
  • 执行函数sysCall_actuation：每个仿真循环都被调用
  • 传感器函数sysCall_sensing：每个仿真循环都被调用
  • 恢复函数sysCall_cleanup：仅在仿真结束被调用一次

2.2.2 threaded child scripts

threaded child scripts将会启用一个线程，线程的启用和恢复由主脚本的sim.launchThreadedChildScripts和sim.resumeThreads函数控制。当线程子脚本正在执行时，不会二次启动它。
Tips：threaded child scripts存在耗时的问题

threaded child scripts包括两个函数部分：

  • 线程主部分函数sysCall_threadmain
  • 恢复函数sysCall_cleanup

可以通过以下三个函数控制threaded child scripts的执行: sim.setThreadSwitchTiming、sim.setThreadAutomaticSwitch、sim.switchThread

2.3 Script simulation parameters

脚本仿真参数，在脚本中可以通过以下函数读取和设置仿真参数：

  • sim.getScriptSimulationParameter
  • sim.setScriptSimulationParameter

2.4 Customization scripts

自定义脚本主要用于对仿真场景的拓展，比如控制仿真地面的大小：

6.Vrep中路径规划的两种情况

具体程序参考Vrep的Python程序例程：

  1. 目标点由笛卡尔空间的位姿点给出，此时的思路是：
    位姿点–>逆解算得到配置空间对应的多个关节坐标（满足一定的精度即可，space metric作为判定条件。然后根据起始点和目标点坐标的配置空间距离进行排序），并验证关节坐标的无碰撞和可行性–>在配置空间进行路径规划
  2. 目标点由配置空间的关节坐标直接给出，此时的思路是：
    在配置空间直接进行路径规划

路径规划要考虑的四要素：

  • 机械臂运动学
  • 关节限位
  • 机械臂防自碰撞
  • 机械臂与障碍物间的防碰撞

Tips:

  • 早期Vrep内建路径规划功能（不建议使用）

7.关于Vrep自带模型的D-H参数获取的办法

  1. 使用vrep在tool目录下提供的D-H参数提取工具进行获取
  2. 根据机械臂的名称去官 下载其CAD模型，利用CAD软件进行获取

8.远程API工作方式分析(官方文档)

API函数操作模式：

  • simx_opmode_oneshot
  • simx_opmode_oneshot_wait
  • simx_opmode_streaming
  • simx_opmode_oneshot_split
  • simx_opmode_discontinue
  • simx_opmode_buffer
  • simx_opmode_remove
  1. 阻塞式和非阻塞式
    一个重要例子：通过远程API控制多个关节同时转动，可以通过先暂停通信线程，发送完指令后再恢复通信线程实现。暂停通信线程时，远程客户端不会与远程服务器之间进行通信。示例代码：

  1. 数据流的形式
    实现的效果是定时从某个句柄中获取需要的数据，通过和实现，示例代码：

  2. 同步操作
    。。。

9.Vrep中关节不同的属性

参考文档：Entities–>Scene objects–>Joint–>Joint types and operation
不同的关节属性对应不同要的仿真要求，比如位置控制、动力学仿真、关节力矩控制等。

根据关节的属性使用不同函数设置关节的位置、速度：

  • simSetJointPosition() (when your joint is not in force/torque mode 比如说inverse kinema模式)
  • simSetJointTargetPosition() (when your joint is in force/torque mode, its motor enabled and its control loop also enabled)
  • simSetJointTargetVelocity (when your joint is in force/torque mode, its motor enabled, and its control loop NOT enabled)

10.Vrep中仿真过程不同状态的介绍

仿真状态分为：停止、开始、暂停三个状态。在仿真内部还有一些内部状态用来表示下一时刻的状态，使程序更好地控制仿真过程，状态切换图如下：

默认情况下，B0-based remote API的Client和Server之间是异步工作的。可以通过设置使Client单独触发每个仿真时间片，达到同步工作模式。以下是Python形式Client端同步工作模式的示例代码：

在Server端添加b0RemoteApiServer，参考官方文档：Writing code in and around V-REP–>V-REP API framework–>Remote API–>B?-based remote API–>Enabling the B0-based remote API – server side
直接通过File–>Load Model将添加至当前场景即可。

V-rep机器人仿真软件使用的学习笔记

1.1 vrep 工作模式下API之间的关系：

  • Client端：使用B0-based remote API：，实现方式是直接将server端b0 API中的函数名进行再次封装，然后发送至server端。
  • Server端：使用server端b0 API，API文件为，server端b0 API文件b0RemoteApiServer.lua内部实现主要是将regular API进行封装。

2. vrep中吸盘工具suction pad的使用

参考以下资料：

  • 场景中有吸盘工具的使用
  • 模型中有吸盘工具的使用
  • http://www.forum.coppeliarobotics.com/viewtopic.php=9&t=5317&p=21341&hilit=vrep+suction+pad#p21341

添加吸盘工具至机械臂末端，根据吸盘的子程序：

function sysCall_init()     s=sim.getObjectHandle('suctionPadSensor')    l=sim.getObjectHandle('suctionPadLoopClosureDummy1')    l2=sim.getObjectHandle('suctionPadLoopClosureDummy2')    b=sim.getObjectHandle('suctionPad')    suctionPadLink=sim.getObjectHandle('suctionPadLink')    infiniteStrength=sim.getScriptSimulationParameter(sim.handle_self,'infiniteStrength')    maxPullForce=sim.getScriptSimulationParameter(sim.handle_self,'maxPullForce')    maxShearForce=sim.getScriptSimulationParameter(sim.handle_self,'maxShearForce')    maxPeelTorque=sim.getScriptSimulationParameter(sim.handle_self,'maxPeelTorque')    sim.setLinkDummy(l,-1)    sim.setObjectParent(l,b,true)    m=sim.getObjectMatrix(l2,-1)    sim.setObjectMatrix(l,-1,m)endfunction sysCall_cleanup()     sim.setLinkDummy(l,-1)    sim.setObjectParent(l,b,true)    m=sim.getObjectMatrix(l2,-1)    sim.setObjectMatrix(l,-1,m)end function sysCall_sensing()     parent=sim.getObjectParent(l)    if (sim.getScriptSimulationParameter(sim.handle_self,'active')==false) thenif (parent~=b) then    sim.setLinkDummy(l,-1)    sim.setObjectParent(l,b,true)    m=sim.getObjectMatrix(l2,-1)    sim.setObjectMatrix(l,-1,m)end    elseif (parent==b) then    -- Here we want to detect a respondable shape, and then connect to it with a force sensor (via a loop closure dummy dummy link)    -- However most respondable shapes are set to "non-detectable", so "sim.readProximitySensor" or similar will not work.    -- But "sim.checkProximitySensor" or similar will work (they don't check the "detectable" flags), but we have to go through all shape objects!    index=0    while true do shape=sim.getObjects(index,sim.object_shape_type) if (shape==-1) thenbreak end if (shape~=b) and (sim.getObjectInt32Parameter(shape,sim.shapeintparam_respondable)~=0) and (sim.checkProximitySensor(s,shape)==1) then-- Ok, we found a respondable shape that was detected-- We connect to that shape:-- Make sure the two dummies are initially coincident:sim.setObjectParent(l,b,true)m=sim.getObjectMatrix(l2,-1)sim.setObjectMatrix(l,-1,m)-- Do the connection:sim.setObjectParent(l,shape,true)sim.setLinkDummy(l,l2)break end index=index+1    endelse    -- Here we have an object attached    if (infiniteStrength==false) then -- We might have to conditionally beak it apart! result,force,torque=sim.readForceSensor(suctionPadLink) -- Here we read the median value out of 5 values (check the force sensor prop. dialog) if (result>0) thenbreakIt=falseif (force[3]>maxPullForce) then breakIt=true endsf=math.sqrt(force[1]*force[1]+force[2]*force[2])if (sf>maxShearForce) then breakIt=true endif (torque[1]>maxPeelTorque) t

                                                        
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