ПАРУСА-МАГЕЛЛАНА.РУ

Проектирование роботов в программе V-REP - Центр Магеллан

Вы на странице: Проектирование роботов в программе V-REP!

Конкурс не выбран
0

 

 

Программирование роботов — это интересно

 

 

 

Программируем роботов — бесплатный робосимулятор V-REP. Первые шаги - 1

Многие наверное видели японских гуманоидных роботов, или французский учебный робот NAO, интересным выглядит проект обучаемого робота-манипулятор Baxter . Промышленные манипуляторы KUKA из Германии — это классика. Кто-то программирует системы конвейерной обработки (фильтрации, сортировки). Дельта роботы. Есть целый пласт — управление квадрокоптером/алгоритмы стабилизации. И конечно же простые трудяги на складе — Line Follower.

Но всё это как правило — не дешевые игрушки, поэтому доступ к роботам есть в специализированных лабораториях или институтах/школах где получили финансирование и есть эти направления. Всем же остальным разработчикам (кому интересна робототехника) — остаётся завистливо смотреть.

Некоторое время назад я вышел на достаточно интересную систему — 3д робосимулятор V-REP,  от швейцарской компании Coppelia Robotics.

 

 

 

 

Эта система:

  • имеет большой функционал (система разрабатывается с марта 2010 года)
  • полностью open-source (выложена в открытый доступ в 2013 году)
  • кроссплатформенная — windows, mac, linux (работает на Qt)
  • имеет API и библиотеки для работы с роботами через C/C++, Python, Java, Lua, Matlab, Octave или Urbi
  • бесплатная для некоммерческого использования!

 

Все объекты, которые программируются в этой системе — «живут» в реальном с точки зрения физических законов мире — есть гравитация, можно захватывать предметы, столкновения, датчики расстояния, видео датчики и т.п.

Поработав некоторое время с этой системой, я решил рассказать про неё читателям хабра.

Да, и на картинке скриншот из V-REP, и модели роботов — которые вы можете программировать, и смотреть поведение, прямо на вашем компьютере.

 
 

Установка

 

Установим на компьютер эту систему, в разделе Download:
Программируем роботов — бесплатный робосимулятор V-REP. Первые шаги - 2

 

Видим три варианта: образовательный (EDU), триальный (EVAL), и плеер (player).

Плеер — это программа с помощью которой можно проиграть сцены созданные в полноценной версии (то есть нет возможности редактирования) — бесплатная.

Триальная — это полнофункциональная версия, в которой нет возможности сохранить. Нет лицензионных ограничений.

Образовательный — это полнофункциональный пакет, имеющий лицензионные ограничения, текст лицензии можно прочитать здесь. Суть его в том, что институты, школы, хоббисты — могут использовать бесплатно это программное обеспечение. При том, что использование не коммерческое (а образовательное).

Мы с вами вполне подходим под определение хоббистов (т.к. хотим образовательно по-программировать роботов), поэтому смело скачиваем версию EDU PRO для своей операционной системы.

В данный момент версия 3.2.0, вот прямая ссылка на windows вариант: V-REP_PRO_EDU_V3_2_0_Setup (98 Mb)

 

 

Старт

 

После установки, и старта мы увидим экран:

 

Программируем роботов — бесплатный робосимулятор V-REP. Первые шаги - 3

 

Здесь мы видим следующие объекты:

— сцена — здесь и происходит всё действо, на данный момент она пуста (есть только пол)
— слева видим блок с библиотекой моделей — сверху папки, и под ней — отображается содержимое выбранной папки (выбраны robots/non-mobile — то есть стационарные роботы — манипуляторы)
— далее отображается иерархия мира

Иерархия включает в себя — корневой объект (мир), в котором находятся все объекты.

В нашем примере это:

 


Программируем роботов — бесплатный робосимулятор V-REP. Первые шаги - 4

 

Видим источники света, видим объект для реализации пола (а это твердая поверхность, с текстурой), и группу для камер.

Есть главный объект скрипт, контролирующий сцену и всех объектов на ней, и у каждого объекта может быть свой скрипт — внутренние скрипты реализованы на языке Lua.

Вверху и слева мы видим toolbar — меню. Самой главной кнопкой является кнопка Play (Start Simulation) — после которой стартует симуляция сцены:

 

Программируем роботов — бесплатный робосимулятор V-REP. Первые шаги - 5

 

 

Сценарий работы следующий:
— мы перетаскиваем с помощью DragAndDrop объекты из библиотеки моделей. 
— корректируем их местоположение
— настраиваем скрипты
— стартуем симулятор
— останавливаем симулятор

Попробуем что-нибудь на практике.

 

 

Быстрый старт

 

Попробуем оживить робота.

Для этого выбираем слева папку robots/mobile и в списке выбираем Ansi, захватываем, переносим на сцену и отпускаем, робот появляется на нашей сцене и появляется информация об авторе:

 


Программируем роботов — бесплатный робосимулятор V-REP. Первые шаги - 6

 

 

Теперь нажимаем на Start Simulation, и видим движение робота, и можем управлять положение головы, рук (реализовано через Custom User Interface), вот видео:

 

Программируем роботов — бесплатный робосимулятор V-REP. Первые шаги - 7

 

 

 

Далее останавливаем симуляцию:


Программируем роботов — бесплатный робосимулятор V-REP. Первые шаги - 8

 

Скрипт управления

 

Можем открыть и увидеть код, который научил робота идти (управляет автономным передвижением робота). Для этого на иерархии объектов, напротив модели Asti, дважды кликаем на иконке «файл»:


Программируем роботов — бесплатный робосимулятор V-REP. Первые шаги - 9

 

 

Вот Lua программа, которая осуществляет движение робота:

 

Скрипт управления движением робота Asti
if (sim_call_type==sim_childscriptcall_initialization) then 
 asti=simGetObjectHandle("Asti")
 lFoot=simGetObjectHandle("leftFootTarget")
 rFoot=simGetObjectHandle("rightFootTarget")
 lPath=simGetObjectHandle("leftFootPath")
 rPath=simGetObjectHandle("rightFootPath")
 lPathLength=simGetPathLength(lPath)
 rPathLength=simGetPathLength(rPath)
 ui=simGetUIHandle("astiUserInterface")
 simSetUIButtonLabel(ui,0,simGetObjectName(asti).." user interface")
 dist=0
 correction=0.0305
 
 minVal={0, -- Step size
 0, -- Walking speed
 -math.pi/2, -- Neck 1
 -math.pi/8, -- Neck 2
 -math.pi/2, -- Left shoulder 1
 0, -- Left shoulder 2
 -math.pi/2, -- Left forearm
 -math.pi/2, -- Right shoulder 1
 0, -- Right shoulder 2
 -math.pi/2} -- Right forearm
 rangeVal={ 2, -- Step size
 0.8, -- Walking speed
 math.pi, -- Neck 1
 math.pi/4, -- Neck 2
 math.pi/2, -- Left shoulder 1
 math.pi/2, -- Left shoulder 2
 math.pi/2, -- Left forearm
 math.pi/2, -- Right shoulder 1
 math.pi/2, -- Right shoulder 2
 math.pi/2} -- Right forearm
 uiSliderIDs={3,4,5,6,7,8,9,10,11,12}

 relativeStepSize=1
 nominalVelocity=0.4
 neckJoints={simGetObjectHandle("neckJoint0"),simGetObjectHandle("neckJoint1")}
 leftArmJoints={simGetObjectHandle("leftArmJoint0"),simGetObjectHandle("leftArmJoint1"),simGetObjectHandle("leftArmJoint2")}
 rightArmJoints={simGetObjectHandle("rightArmJoint0"),simGetObjectHandle("rightArmJoint1"),simGetObjectHandle("rightArmJoint2")}
 
 -- Now apply current values to the user interface:
 simSetUISlider(ui,uiSliderIDs[1],(relativeStepSize-minVal[1])*1000/rangeVal[1])
 simSetUISlider(ui,uiSliderIDs[2],(nominalVelocity-minVal[2])*1000/rangeVal[2])
 simSetUISlider(ui,uiSliderIDs[3],(simGetJointPosition(neckJoints[1])-minVal[3])*1000/rangeVal[3])
 simSetUISlider(ui,uiSliderIDs[4],(simGetJointPosition(neckJoints[2])-minVal[4])*1000/rangeVal[4])
 simSetUISlider(ui,uiSliderIDs[5],(simGetJointPosition(leftArmJoints[1])-minVal[5])*1000/rangeVal[5])
 simSetUISlider(ui,uiSliderIDs[6],(simGetJointPosition(leftArmJoints[2])-minVal[6])*1000/rangeVal[6])
 simSetUISlider(ui,uiSliderIDs[7],(simGetJointPosition(leftArmJoints[3])-minVal[7])*1000/rangeVal[7])
 simSetUISlider(ui,uiSliderIDs[8],(simGetJointPosition(rightArmJoints[1])-minVal[8])*1000/rangeVal[8])
 simSetUISlider(ui,uiSliderIDs[9],(simGetJointPosition(rightArmJoints[2])-minVal[9])*1000/rangeVal[9])
 simSetUISlider(ui,uiSliderIDs[10],(simGetJointPosition(rightArmJoints[3])-minVal[10])*1000/rangeVal[10])
end 

if (sim_call_type==sim_childscriptcall_cleanup) then 
 
end 

if (sim_call_type==sim_childscriptcall_actuation) then 
 -- Read desired values from the user interface:
 relativeStepSize=minVal[1]+simGetUISlider(ui,uiSliderIDs[1])*rangeVal[1]/1000
 nominalVelocity=minVal[2]+simGetUISlider(ui,uiSliderIDs[2])*rangeVal[2]/1000
 simSetJointTargetPosition(neckJoints[1],minVal[3]+simGetUISlider(ui,uiSliderIDs[3])*rangeVal[3]/1000)
 simSetJointTargetPosition(neckJoints[2],minVal[4]+simGetUISlider(ui,uiSliderIDs[4])*rangeVal[4]/1000)
 simSetJointTargetPosition(leftArmJoints[1],minVal[5]+simGetUISlider(ui,uiSliderIDs[5])*rangeVal[5]/1000)
 simSetJointTargetPosition(leftArmJoints[2],minVal[6]+simGetUISlider(ui,uiSliderIDs[6])*rangeVal[6]/1000)
 simSetJointTargetPosition(leftArmJoints[3],minVal[7]+simGetUISlider(ui,uiSliderIDs[7])*rangeVal[7]/1000)
 simSetJointTargetPosition(rightArmJoints[1],minVal[8]+simGetUISlider(ui,uiSliderIDs[8])*rangeVal[8]/1000)
 simSetJointTargetPosition(rightArmJoints[2],minVal[9]+simGetUISlider(ui,uiSliderIDs[9])*rangeVal[9]/1000)
 simSetJointTargetPosition(rightArmJoints[3],minVal[10]+simGetUISlider(ui,uiSliderIDs[10])*rangeVal[10]/1000)
 
 
 -- Get the desired position and orientation of each foot from the paths (you can also use a table of values for that):
 t=simGetSimulationTimeStep()*nominalVelocity
 dist=dist+t
 lPos=simGetPositionOnPath(lPath,dist/lPathLength)
 lOr=simGetOrientationOnPath(lPath,dist/lPathLength)
 
 p=simGetPathPosition(rPath)
 rPos=simGetPositionOnPath(rPath,(dist+correction)/rPathLength)
 rOr=simGetOrientationOnPath(rPath,(dist+correction)/rPathLength)
 
 
 -- Now we have the desired absolute position and orientation for each foot.
 -- Now transform the absolute position/orientation to position/orientation relative to asimo
 -- Then modulate the movement forward/backward with the desired "step size"
 -- Then transform back into absolute position/orientation:
 astiM=simGetObjectMatrix(asti,-1)
 astiMInverse=simGetInvertedMatrix(astiM)
 
 m=simMultiplyMatrices(astiMInverse,simBuildMatrix(lPos,lOr))
 m[8]=m[8]*relativeStepSize
 m=simMultiplyMatrices(astiM,m)
 lPos={m[4],m[8],m[12]}
 lOr=simGetEulerAnglesFromMatrix(m)
 
 m=simMultiplyMatrices(astiMInverse,simBuildMatrix(rPos,rOr))
 m[8]=m[8]*relativeStepSize 
 m=simMultiplyMatrices(astiM,m)
 rPos={m[4],m[8],m[12]}
 rOr=simGetEulerAnglesFromMatrix(m)
 
 
 -- Finally apply the desired positions/orientations to each foot
 -- We simply apply them to two dummy objects that are then handled
 -- by the IK module to automatically calculate all leg joint desired values
 -- Since the leg joints operate in hybrid mode, the IK calculation results
 -- are then automatically applied as the desired values during dynamics calculation
 simSetObjectPosition(lFoot,-1,lPos)
 simSetObjectOrientation(lFoot,-1,lOr)
 
 simSetObjectPosition(rFoot,-1,rPos)
 simSetObjectOrientation(rFoot,-1,rOr)
 
end 
 

Другие модели

 

Вы можете удалить модель — для этого надо её выбрать, и нажать на Del. И можете попробовать посмотреть другие модели в работе, у некоторых есть скрипты для автономной работы.

 

Мобильные роботы


Программируем роботов — бесплатный робосимулятор V-REP. Первые шаги - 10

 

Стационарные роботы (манипуляторы)

 


Программируем роботов — бесплатный робосимулятор V-REP. Первые шаги - 11

 
Примеры сцен

Так же есть большое количество примеров (сцен), которые поставляются сразу с программой. Для этого надо выбрать в меню «File/Open scenes» и там перейти в папку: «V-REP3/V-REP_PRO_EDU/scenes».

Вот примеры сцен (файлы с расширением *.ttt):

 

Файлы сцен-примеров
2IndustrialRobots.ttt
3DoFHolonomicPathPlanning.ttt
6DoFHolonomicPathPlanning.ttt
BarrettHandPickAndPlace.ttt
blobDetectionWithPickAndPlace.ttt
ConstraintSolverExample.ttt
controlTypeExamples.ttt
e-puckDemo.ttt
environmentMapping.ttt
externalIkDemo.ttt
fabricationBlocks.ttt
fastClientServerCommunication.ttt
forwardAndInverseKinematics1.ttt
forwardAndInverseKinematics2.ttt
gearMechanism.ttt
genericDialogDemo.ttt
ghostDemo.ttt
ImageProcessingExample.ttt
inverseKinematicsOf144DofManipulator.ttt
jansenMechanism.ttt
katanaRobotWithCableSimulation.ttt
khepera3.ttt
LineTracer-threaded.ttt
millingMachine.ttt
millingRobot.ttt
motionPlanningAndGraspingDemo.ttt
motionPlanningDemo1.ttt
motionPlanningDemo2.ttt
motionPlanningDemo3.ttt
mouseTestScene.ttt
naturalSelectionAlgo.ttt
NonHolonomicPathPlanning.ttt
objectHandling.ttt
PaintingRobot.ttt
ParallelForwardAndInverseKinematics.ttt
practicalPathPlanningDemo.ttt
proximitySensorDemo.ttt
reflexxesMotionLibraryType4Demo.ttt
robotCollaboration1.ttt
robotCollaboration2.ttt
robotLanguageControl.ttt
rosTopicPublisherAndSubscriber.ttt
SocketAndTubeCommunicationExample.ttt
StripeScanner.ttt
weldingRobot.ttt
wirelessTransmission.ttt
youBotAndHanoiTower.ttt
Ссылки

основной сайт V-REP [9]
руководство пользователя (на английском) [10]
большое количество видео, примеров из V-REP [11]

Чтобы поддержать популяризацию этой интересной системы на русском языке — создана русскоязычная группа по V-REP

 

 

 

Применение в учебном процессе

 

На наш взгляд, у V-REP есть хороший потенциал применения в учебных процессах. Если вас интересует применение системы в учебном процессе — в школе, институте, в клубе робототехники и т.п. — напишите нам. Может быть получиться консолидировать усилия и сделать учебные русскоязычные материалы.

 

 

Планы на будущее

 

Программируем роботов — бесплатный робосимулятор V-REP. Первые шаги - 12

 

 

Конечно это лишь малая часть возможностей V-REP системы. 

 

 

ПРОДОЛЖЕНИЕ СТАТЬИ