[连载 1]Vrep小车建模——前进和转向

2018-01-07 本文已影响2614人 monkey61

[连载 0]Vrep入门介绍
[连载 1]Vrep小车建模——前进和转向
[连载 2]Vrep小车建模——内嵌脚本
[连载 3]Vrep小车建模——matlab控制
[连载 4]Vrep导入三维模型——PUMA560机械臂
[番外1]Vrep小车机械臂抓取
知乎专栏：Vrep机器人动力学建模仿真
相信大家在看完Vrep入门介绍之后已经开始摩拳擦掌，准备自己动手完成一个模型吧，下面就介绍如何制作一个可以前进和转向的小车。

Step1模型准备

说明：这个模型可以从零开始建立，也可以根据我给大家提供的起始文件，起始文件我放在淘宝上了，大家可以花11元购买得到，收费的目的是为了让大家更加珍视这次Vrep的学习过程，希望大家不要半途而废，也是我坚持完成系列教程的动力所在。宝贝链接

起始文件

Step2构建驱动轮

这里搭建的小车为大家熟知的万向轮小车，通过小车后面两个轮子的速度匹配实现前进、转向、后退等运动，是最常见的小车运动形式之一。现在我们先构建一个主动驱动轮。
主动驱动轮的构建思路如下：

建立一个扁平状的圆柱体，作为驱动轮的实体
调整驱动轮的位置和方向，满足滚动的要求
设置实体轮子的动力学参数
将实体轮与贴纸轮组合，完成一个驱动轮构建
通过复制操作，完成两个驱动轮的摆放

2.1添加实体

向环境中添加一个圆柱体，从菜单栏依次选择[Menu bar --> Add --> Primitive shape --> Sphere]，参数按照下图1进行配置，仅需要修改红框中的内容，得到图2中的结果。

图1 添加圆柱体对话框

图2 添加轮子实体后

2.2调整位置和方向

默认添加轮子的方向不符合滚动要求，需要将其竖直起来。首先在模型树选中刚加入的圆柱体Cylinder，点击旋转按钮，根据图3完成操作。

图3 旋转实体轮

调整轮子的位置，将相对于world坐标系的Z方向位置为0.1175（=0.235/2），设置过程见图4.

图4 设置轮子的空间位置

2.3设置实体轮子的动力学参数

关闭平移和旋转的对话框，双击模型树中，模型前面的图标，见图5，打开模型属性窗口。按照图6完成模型的质量属性和转动惯量属性修改。完成此项工作之后，可以尝试运行一下仿真，看看实体轮是否会运动。

图5 双击显示模型属性对话框

图6 模型质量属性和转动惯量属性设置

2.4与贴纸轮结合，完成一个主动驱动轮的设计

由于添加的实体圆柱轮看起来实在太丑，因此我为大家提供了一个贴纸轮，为什么叫做贴纸轮呢？是因为这个轮子只提供一个外观，并不参与到动力学计算中，就好像我在上面贴了一层图案。贴纸轮的获取方式请点击宝贝链接。

好看的贴纸轮^-^

将贴纸轮位置设置与实体轮重合，我们这里采用一种更为便捷的方式，也是后面涉及到Vrep装配最常用的手段之一，请大家注意。
首先先用鼠标点选贴纸轮，然后摁住Ctrl键，选择实体轮，点击移动按钮，在平移对话框里选择Apply to selection，完成移动，具体过程见图7。移动后的效果见图8。

这里需要强调一下点击的顺序，先选择的是希望移动的部分，最后选择的是目标位置。这里希望将贴纸轮移动到实体轮这里，所以首先点击贴纸轮，然后点击实体轮。

图7 将贴纸轮移动到实体轮的位置

图8 移动后的效果

2.5通过复制操作，完成两个驱动轮的摆放

这里我们在学习两个操作，第一个是复制操作，第二个是调整模型树中的层次关系。
用Ctrl按键同时选择实体轮和贴纸轮，利用快捷键Ctrl + c,Ctrl + v完成复制粘贴。
选择模型树中的LeftWheel_visual，用快捷键del将其删除（由于我们刚才已经复制产生了新的贴纸轮，就不需要原来的贴纸轮了）。
现在修改模型树中的模型名称，双击模型树的模型名称进入编辑状态，见下图，将Cylinder修改为RightWheel，将Cylinder0修改为LeftWheel，将RightWheel_visual0改为LeftWheel_visual

编辑模型名称

修改模型名称
现在调整模型树的层次结构，在模型树窗口中，鼠标拖动LeftWheel_visual至LeftWheel上，拖动RightWheel_visual至RightWheel上，完成后的效果如下：

模型树调整之后

Vrep简单易用主要体现在模型树的操作十分灵活，装配非常方便，灵活应用平移旋转工具调整好相对位置之后就可以用模型树固定下相对关系，对于组装复杂的模型非常便捷，大家后面会慢慢体会到。

完成上面的工作之后，将两个轮子按照XOZ平面对称放置，左驱动轮的设置如图9，右轮类似，将Y方向坐标设置为-0.25即可。

图9 左驱动轮的设置
最后的样子为下图：

步骤2完成图

3添加车身和万向轮

3.1添加车身

车身采用一个长方体即可，在[Menu bar --> Add --> Primitive shape --> Cuboid]，设置参数如下图：

添加车身
将车身名称改为Car_body,点开平移对话框，设置其位置如下图：

更改车身位置
将Car_body_visual移动到Car_body上，操作参考2.4与贴纸轮结合，完成一个主动驱动轮的设计，完成后效果如下(由于车身贴纸比车身小一点，所以看不到了):

车身贴纸与车身重合
将车身贴纸移动到车身下一层，修改车身动力学属性，如下图。至此已完成车身的构建，可以尝试运行一下仿真，看看效果。

车身动力学属性调整

3.2构建万向轮

真实的模拟万向轮相对麻烦一点，这里为了第一个教程的简便，我们采用一种投机取巧的办法，我们把万向轮抽象为一个与地面没有摩擦力的实体，即实现了万向轮的功能。

这种“投机取巧”的行为在后面的动力学仿真中会经常用到，通过合理的抽象，将一些次要功能简单化的实现，从而将注意力集中到核心问题上，达到自己的研究目的。这是我们用到的第一个投机取巧的功能，后续我会不断介绍一些小技巧，让大家能够更快更好的完成仿真。

鉴于大家已经认真完成上面的操作走到这里，下面我将不再细致的讲解已经说明的操作。
通过菜单栏添加一个球体（Sphere），设置球体直径为0.15，修改其名称为Universal_wheel，调整其空间位置如下图。将贴纸轮与球体重合，并修改层次关系。最后设置一下球体的动力学属性以，完成万向轮的构建。