- [連載 0]Vrep入門介紹
- [連載 1]Vrep小車建募脚迹——前進和轉(zhuǎn)向
- [連載 2]Vrep小車建闹士觯——內(nèi)嵌腳本
- [連載 3]Vrep小車建模——matlab控制
- [連載 4]Vrep導(dǎo)入三維模型——PUMA560機械臂
- [連載 5]Vrep--Matlab Robitic Toolbox--PUMA560機械臂控制
- [番外 1]Vrep小車機械臂抓取
- [Lib庫 1]CoppeliaSim差分避障小車的Simulink實現(xiàn)(B站視頻講解)
- [Lib庫 2]CoppeliaSim機械臂抓取的Simulink實現(xiàn)(B站視頻講解)
- 知乎專欄：Vrep機器人動力學(xué)建模仿真
相信大家在看完Vrep入門介紹之后已經(jīng)開始摩拳擦掌，準(zhǔn)備自己動手完成一個模型吧司恳，下面就介紹如何制作一個可以前進和轉(zhuǎn)向的小車。
此教程是基于vrep 3.3.2版本制作的彪蓬，初學(xué)可以先安裝3.3.2版本進行學(xué)習(xí)朽砰，后面再使用更新的版本。（舊版下載鏈接：鏈接：https://pan.baidu.com/s/1PIl5t-Pwx2dawOIHfzDelA 提取碼：qirx）
Step1模型準(zhǔn)備
說明：這個模型可以從零開始建立并思，也可以根據(jù)我給大家提供的起始文件庐氮，起始文件我放在淘寶上了，大家可以購買得到宋彼，收費的目的是為了讓大家更加珍視這次Vrep的學(xué)習(xí)過程弄砍，希望大家不要半途而廢，也是我堅持完成系列教程的動力所在宙暇。寶貝鏈接
Step2構(gòu)建驅(qū)動輪
這里搭建的小車為大家熟知的萬向輪小車输枯，通過小車后面兩個輪子的速度匹配實現(xiàn)前進、轉(zhuǎn)向占贫、后退等運動桃熄，是最常見的小車運動形式之一。現(xiàn)在我們先構(gòu)建一個主動驅(qū)動輪。
主動驅(qū)動輪的構(gòu)建思路如下：
- 建立一個扁平狀的圓柱體瞳收，作為驅(qū)動輪的實體
- 調(diào)整驅(qū)動輪的位置和方向碉京，滿足滾動的要求
- 設(shè)置實體輪子的動力學(xué)參數(shù)
- 將實體輪與貼紙輪組合，完成一個驅(qū)動輪構(gòu)建
- 通過復(fù)制操作螟深，完成兩個驅(qū)動輪的擺放
2.1添加實體
向環(huán)境中添加一個圓柱體谐宙，從菜單欄依次選擇[Menu bar --> Add --> Primitive shape --> Cylinder]，參數(shù)按照下圖1進行配置界弧，僅需要修改紅框中的內(nèi)容凡蜻，得到圖2中的結(jié)果。
2.2調(diào)整位置和方向
默認(rèn)添加輪子的方向不符合滾動要求垢箕，需要將其豎直起來划栓。首先在模型樹選中剛加入的圓柱體Cylinder，點擊旋轉(zhuǎn)按鈕条获，根據(jù)圖3完成操作忠荞。
調(diào)整輪子的位置，將相對于world坐標(biāo)系的Z方向位置為0.1175（=0.235/2）帅掘，設(shè)置過程見圖4.
2.3設(shè)置實體輪子的動力學(xué)參數(shù)
關(guān)閉平移和旋轉(zhuǎn)的對話框委煤，雙擊模型樹中，模型前面的圖標(biāo)修档，見圖5碧绞，打開模型屬性窗口。按照圖6完成模型的質(zhì)量屬性和轉(zhuǎn)動慣量屬性修改萍悴。完成此項工作之后头遭，可以嘗試運行一下仿真，看看實體輪是否會運動癣诱。
2.4與貼紙輪結(jié)合计维，完成一個主動驅(qū)動輪的設(shè)計
由于添加的實體圓柱輪看起來實在太丑，因此我為大家提供了一個貼紙輪撕予，為什么叫做貼紙輪呢鲫惶？是因為這個輪子只提供一個外觀，并不參與到動力學(xué)計算中实抡，就好像我在上面貼了一層圖案欠母。貼紙輪的獲取方式請點擊寶貝鏈接。
將貼紙輪位置設(shè)置與實體輪重合吆寨，我們這里采用一種更為便捷的方式赏淌，也是后面涉及到Vrep裝配最常用的手段之一，請大家注意啄清。
首先先用鼠標(biāo)點選貼紙輪六水，然后摁住Ctrl鍵，選擇實體輪，點擊移動按鈕掷贾，在平移對話框里選擇Apply to selection睛榄，完成移動，具體過程見圖7想帅。移動后的效果見圖8场靴。
這里需要強調(diào)一下點擊的順序，先選擇的是希望移動的部分港准，最后選擇的是目標(biāo)位置旨剥。這里希望將貼紙輪移動到實體輪這里，所以首先點擊貼紙輪叉趣，然后點擊實體輪泞边。
2.5通過復(fù)制操作该押，完成兩個驅(qū)動輪的擺放
這里我們在學(xué)習(xí)兩個操作疗杉，第一個是復(fù)制操作，第二個是調(diào)整模型樹中的層次關(guān)系蚕礼。
用Ctrl按鍵同時選擇實體輪和貼紙輪烟具，利用快捷鍵Ctrl + c,Ctrl + v完成復(fù)制粘貼。
選擇模型樹中的LeftWheel_visual奠蹬，用快捷鍵del將其刪除（由于我們剛才已經(jīng)復(fù)制產(chǎn)生了新的貼紙輪朝聋，就不需要原來的貼紙輪了）。
現(xiàn)在修改模型樹中的模型名稱囤躁，雙擊模型樹的模型名稱進入編輯狀態(tài)冀痕，見下圖，將Cylinder修改為RightWheel狸演，將Cylinder0修改為LeftWheel言蛇，將RightWheel_visual0改為LeftWheel_visual
現(xiàn)在調(diào)整模型樹的層次結(jié)構(gòu)，在模型樹窗口中宵距，鼠標(biāo)拖動
LeftWheel_visual至LeftWheel上腊尚，拖動RightWheel_visual至RightWheel上，完成后的效果如下：
Vrep簡單易用主要體現(xiàn)在模型樹的操作十分靈活满哪，裝配非常方便婿斥，靈活應(yīng)用平移旋轉(zhuǎn)工具調(diào)整好相對位置之后就可以用模型樹固定下相對關(guān)系，對于組裝復(fù)雜的模型非常便捷哨鸭，大家后面會慢慢體會到民宿。
完成上面的工作之后，將兩個輪子按照XOZ平面對稱放置像鸡，左驅(qū)動輪的設(shè)置如圖9活鹰，右輪類似，將Y方向坐標(biāo)設(shè)置為-0.25即可。
最后的樣子為下圖：
3添加車身和萬向輪
3.1添加車身
車身采用一個長方體即可华望，在[Menu bar --> Add --> Primitive shape --> Cuboid]蕊蝗，設(shè)置參數(shù)如下圖：
將車身名稱改為
Car_body,點開平移對話框，設(shè)置其位置如下圖：
將
Car_body_visual移動到Car_body上赖舟，操作參考2.4與貼紙輪結(jié)合蓬戚，完成一個主動驅(qū)動輪的設(shè)計，完成后效果如下(由于車身貼紙比車身小一點宾抓，所以看不到了):
將車身貼紙移動到車身下一層子漩，修改車身動力學(xué)屬性，如下圖石洗。至此已完成車身的構(gòu)建幢泼，可以嘗試運行一下仿真，看看效果讲衫。
3.2構(gòu)建萬向輪
真實的模擬萬向輪相對麻煩一點缕棵，這里為了第一個教程的簡便，我們采用一種投機取巧的辦法涉兽，我們把萬向輪抽象為一個與地面沒有摩擦力的實體招驴，即實現(xiàn)了萬向輪的功能。
這種“投機取巧”的行為在后面的動力學(xué)仿真中會經(jīng)常用到枷畏，通過合理的抽象别厘，將一些次要功能簡單化的實現(xiàn)，從而將注意力集中到核心問題上拥诡，達(dá)到自己的研究目的触趴。這是我們用到的第一個投機取巧的功能，后續(xù)我會不斷介紹一些小技巧渴肉，讓大家能夠更快更好的完成仿真冗懦。
鑒于大家已經(jīng)認(rèn)真完成上面的操作走到這里，下面我將不再細(xì)致的講解已經(jīng)說明的操作宾娜。
通過菜單欄添加一個球體（Sphere）批狐，設(shè)置球體直徑為0.15，修改其名稱為Universal_wheel前塔，調(diào)整其空間位置如下圖嚣艇。將貼紙輪與球體重合，并修改層次關(guān)系华弓。最后設(shè)置一下球體的動力學(xué)屬性以食零，完成萬向輪的構(gòu)建。
最后別忘了一點寂屏，我們需要設(shè)置萬向輪與地面無摩擦贰谣，選擇
noFrictionMaterial娜搂。
完成上述內(nèi)容后可以嘗試運行一下仿真，發(fā)現(xiàn)車體迅速分解吱抚，下一節(jié)我們就添加約束關(guān)系百宇。
4添加各部件約束，完成車體模型樹構(gòu)建
4.1將萬向輪與車身固定
在Vrep中有兩種方式可以將兩個具有動力學(xué)屬性的物體固定
- 采用力傳感器（Force sensor）將兩個物體進行連接秘豹，實現(xiàn)固連
- 采用
Group或Merge將兩個物體進行組合
我們這里先采用第一種方式携御，[Menu bar --> Add --> Force sensor]，移動其位置既绕，并按照下圖設(shè)置模型層次啄刹。運行仿真，可以看到萬向輪與車身不會分開凄贩。
4.2添加驅(qū)動關(guān)節(jié)
驅(qū)動關(guān)節(jié)可以模擬機器人的驅(qū)動電機誓军，能夠?qū)崿F(xiàn)速度控制、位置控制和力控制等疲扎。我們這里準(zhǔn)備采用速度控制昵时。
采用菜單欄命令[Menu bar --> Add --> Joint --> Revolute ]，得到下圖评肆。將關(guān)節(jié)名字重命名為RightMotor债查。
這里我們還是采用2.4節(jié)的位置調(diào)整方式，不過這次我們不僅要調(diào)整關(guān)節(jié)的位置瓜挽，還需要調(diào)整關(guān)節(jié)的方向。調(diào)整關(guān)節(jié)位置依然是首先選擇關(guān)節(jié)征绸，然后選擇右輪久橙，然后選擇位置選項卡，完成平移管怠。
旋轉(zhuǎn)操作類似淆衷，依次執(zhí)行下圖的操作，完成方向設(shè)置渤弛。
重復(fù)上面的操作祝拯，完成左輪的驅(qū)動關(guān)節(jié)添加，最后調(diào)整關(guān)節(jié)的模型層次樹她肯，最后結(jié)果見下圖佳头。運行仿真，發(fā)現(xiàn)車體沒有解體晴氨，證明我們的車身結(jié)構(gòu)已經(jīng)搭建完成康嘉。
如果在完成車身結(jié)構(gòu)搭建后，運行仿真發(fā)現(xiàn)車身會運動籽前，可以選擇不同的求解器亭珍，看看不同求解器的差別敷钾，下面將解決無緣無故車體運動的問題。
嘗試不同的求解器試試
5完成全部工作
5.1設(shè)置可見和不可見屬性
現(xiàn)在模型和帖子混在一起肄梨，既看起來丑阻荒，也沒有發(fā)揮貼紙的作用，下面將簡單的實體隱藏众羡。
選擇Car_body财松，打開屬性對話框，按照下圖設(shè)置纱控，將其隱藏辆毡。
同理，對于非貼紙類型的甜害，都隱藏舶掖，得到下圖，是不是好看多了尔店？
感覺車身位置略高眨攘，我們需要重新調(diào)整一下貼紙的位置，
5.2設(shè)置關(guān)節(jié)驅(qū)動參數(shù)
關(guān)節(jié)需要打開
Motor enable嚣州，使得關(guān)節(jié)能夠輸出扭矩鲫售，提供動力，將左右兩個關(guān)節(jié)均按照下圖設(shè)置该肴，設(shè)置完成后嘗試運行一下仿真情竹。
可以看到模型可以運動，試著給兩個電機不同的速度信號匀哄，實現(xiàn)轉(zhuǎn)向秦效。
細(xì)心的同學(xué)可能會發(fā)現(xiàn)給關(guān)節(jié)電機是正方向的指令，但是小車卻是向后運動涎嚼。這個沒有關(guān)系阱州，只要我們在給電機輸入指令是注意一下即可。強迫癥的同學(xué)請嘗試旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)法梯，將其正方向與小車前進方向?qū)?yīng)苔货，這里不再贅述。
結(jié)語
下一節(jié)教程我想介紹一下如何用內(nèi)嵌腳本實現(xiàn)一些簡單的功能立哑，歡迎大家交換想法~~
到這里已經(jīng)完成了本節(jié)的教程夜惭，實屬不易啊，如果覺得不錯請為我的文章捐贈刁憋，我會有更大的動力完成后面的教程
