Vrep的安装与小车建模

准备工作

• 下载并安装V-REP机器人仿真软件
• 熟悉软件界面与基本操作：用户手册

任务1：智能小车平台建模

• 参考文档中 Tutorial - BubbleRob tutorial 部分，学习：
  • 车身与轮子物理模型的设计
  • 动力学模型等参数的设置
  • 传感器的添加与使用
  • 驱动关节的设计与控制
  • 控制脚本的编写
  • …
• 实现要求：
  • 搭建一个四轮小车，小车搭建一个单目彩色摄像头
  • 尺寸（如长宽高）及底盘参数（如速度限制）可参考 DJI RoboMaster S1 进行设计
  • 不采用麦克纳姆轮
  • 编写简单脚本使得小车能呈S型路线行走，当碰到障碍物后能够绕行
• 提交内容：
  • report/实验报告.pdf
  • src/项目文件

实现

搭建四轮小车

1. 添加小车 carRob

在场景中添加一个 320 × 240 × 270 mm（长 × 宽 × 高）的长方体并命名为 carRob。在 Object Properties 中设置使能立方体的 Collidable、Measurable、Renderable 和 Detectable 属性，便于之后传感器计算物体之间的距离。将小车的位置沿 z 轴向上移动 2 cm。

2. 添加接近传感器 proximity sensor

在场景中添加一个锥形接近传感器，修改接近传感器的位置和方向，在 Object Properties 中修改传感器的参数。将其命名为 carRob_sensingNose，并添加到 carRob 目录下。

3. 添加车轮 wheel

在场景中添加一个半径为 0.1 m，高为 0.02 m 的圆柱体，像 carRob 一样调整圆柱体的 Collidable、Measurable、Renderable 和 Detectable 属性。修改车轮的位置和方向，绝对位置为（0.09，0.13，0.05），绝对欧拉角为（-90，0，0），将其命名为 carRob_front_leftWheel。复制粘贴前左轮，创建其余三个车轮，并修改相应的位置和名称。

4. 添加关节 revolute

在场景中添加一个关节，将前左轮的位置和角度信息添加到关节上，修改关节属性，并重命名为 carRob_front_leftMotor。以相同的方式创建其余的三个关节，并修改相应的位置、属性和名称。将四个车轮分别添加到对应的四个电机目录下，并添加到 carRob 目录下。

5. 使 carRob 具有稳定性

运行仿真，小车有微小的振动。将车轮的质量和惯性矩均放大八倍。再次进行仿真，可以看到增加了质量和惯性之后小车的稳定性增强。

6. 创建 carRob collection

将 carRob 设置为模型 carRob 中所有对象的基础。定义一个表示 carRob 的对象集合。创建 calculation module，为 carRob 添加一个最小距离函数。

7. 创建图表 graph

在场景中添加一个 graph 并重命名为 carRob_graph，将其添加到 carRob 目录下，设置绝对座标为（0，0，0.005）。将 carRob 的 X、Y 和 Z 的数据流添加进图表中，再添加一个数据流，跟踪机器人与其环境之间的最小距离，对四个数据流进行重命名，设置相应参数。建立一个三锥曲线来显示 carRob 的轨迹并设置相应参数。

8. 添加障碍物 obstacles

在场景中创建大小为（0.1，0.1，0.2）的圆柱体，设置障碍物的属性为静态，拖动圆柱体到合适的位置，再复制粘贴添加多个障碍物。

9. 完成模型构建 carRob model

选中 carRob，在 object properties 里面点击 Object is model base 和 Object/model can transfer or accept DNA。选中 motors、graph 和 proximity sensor，在 object properties 里面点击 ignored by model bounding box，后点击 Apply to selection。选中 motors，设置显示图层，隐藏 motors。选中 wheels、graph 和 proximity sensor，在 object properties 的 common 界面勾选 Select base of model instead，这样当选中其中的任何一个 object 的时候，选中的都是 carRob，保护模型。

10. 添加单目彩色摄像头 camera

在场景中添加一个 camera，设置相应属性。在场景中添加一个浮动视图并与 proximity sensor 联系起来。

编写脚本

基本思路：在前二分之一的时间中使小车左轮的速度为右轮的速度的四倍，实现向右转；在后二分之一时间中，使小车右轮的速度为左轮的速度的四倍，实现向左转。小车交替着向左转和向右转，实现 S 型前进。在小车上搭载接近传感器，使得小车碰到障碍物时能绕行。

完整代码如下：

function speedChange_callback(ui,id,newVal)
    speed=minMaxSpeed[1]+(minMaxSpeed[2]-minMaxSpeed[1])*newVal/100
end
 
function sysCall_init()
    -- This is executed exactly once, the first time this script is executed
    carRobBase=sim.getObjectAssociatedWithScript(sim.handle_self) -- this is carRob's handle
    fleftMotor=sim.getObjectHandle("carRob_front_leftMotor") -- Handle of the front left motor
    frightMotor=sim.getObjectHandle("carRob_front_rightMotor") -- Handle of the front right motor
    bleftMotor=sim.getObjectHandle("carRob_back_leftMotor") -- Handle of the back left motor
    brightMotor=sim.getObjectHandle("carRob_back_rightMotor") -- Handle of the back right motor
    noseSensor=sim.getObjectHandle("carRob_sensingNose") -- Handle of the proximity sensor
    minMaxSpeed={50*math.pi/180,300*math.pi/180} -- Min and max speeds for each motor
    backUntilTime=-1 -- Tells whether bubbleRob is in forward or backward mode
    -- Create the custom UI:
        xml = '<ui title="'..sim.getObjectName(carRobBase)..' speed" closeable="false" resizeable="false" activate="false">'..[[
        <hslider minimum="0" maximum="100" onchange="speedChange_callback" id="1"/>
        <label text="" style="* {margin-left: 300px;}"/>
        </ui>
        ]]
    ui=simUI.create(xml)
    --speed=(minMaxSpeed[1]+minMaxSpeed[2])*0.5
    speed=1
    simUI.setSliderValue(ui,1,100*(speed-minMaxSpeed[1])/(minMaxSpeed[2]-minMaxSpeed[1]))
end
 
function sysCall_actuation()
    result=sim.readProximitySensor(noseSensor) -- Read the proximity sensor
    -- If we detected something, we set the backward mode:
    if (result>0) then backUntilTime=sim.getSimulationTime()+4 end 
 
    if (backUntilTime<sim.getSimulationTime()) then
        -- When in forward mode, we simply move forward at the desired speed
        if(sim.getSimulationTime()%12<6) then
            sim.setJointTargetVelocity(fleftMotor,speed*4)
            sim.setJointTargetVelocity(bleftMotor,speed*4)
            sim.setJointTargetVelocity(frightMotor,speed)
            sim.setJointTargetVelocity(brightMotor,speed)
        else
            sim.setJointTargetVelocity(fleftMotor,speed)
            sim.setJointTargetVelocity(bleftMotor,speed)
            sim.setJointTargetVelocity(frightMotor,speed*4)
            sim.setJointTargetVelocity(brightMotor,speed*4)
        end
    else
        -- When in backward mode, we simply backup in a curve at reduced speed
        sim.setJointTargetVelocity(fleftMotor,-speed/2)
        sim.setJointTargetVelocity(bleftMotor,-speed/2)
        sim.setJointTargetVelocity(frightMotor,-speed/8)
        sim.setJointTargetVelocity(brightMotor,-speed/8)
    end
end
 
function sysCall_cleanup()
	simUI.destroy(ui)
end

添加脚本到 carRob 中，最后完成如图：

S 型路线行走：

当碰到障碍物后能够绕⾏：

仿真视频

传送门