Webots 舵轮底盘小教程

前言：

       自从webots2019开源后，我也决定去学习这个机器人仿真软件，总体来说非常令人满意。同僚刘福强和我是我们这片率先去自学这个仿真软件的。过程中，有许多艰辛。这个软件的教程在网络上只有这里说的非常详细，但是涉及的版本比较老，且有些地方可以用新的组件去替代。在此为大家介绍一些组件的使用，并去实现一个工程案例，以供后面的学弟们有所依据。这个案例是我和杨浩同学在学习中完成的。

     由于Robocon近年来比赛都趋向于是用舵轮底盘，其可以实现更好的机动性能，在此建立一个仿真项目，可以在物理环境中验证自己的系统和算法。以下为总体实现：

                            

   图中红色部分为旋转电机，绿色为轮毂，蓝色为身体。

创建工程：

点击上方 Wizards -》 new project directory ，定义自己工作目录,命名自己的工程

                                   

 

建立好项目后，首先需要添加地面，右击左边空白地方，点击 Add New ，添加floor，具体如下：

                                    

 

在右栏可修改下面的相关参数，比如flooeSize,单位为m。

接下来最重要的就是添加机器人，右击左边空白地方，点击 Add New ，添加 Robot 如下：

                                

 

参数设定如下：

                                                               

 

translation表示的是平移机器人位置，定义name使我们在设定控制器时有所依据。boundingObject设定碰撞边界这与你的shape和transform有关。physics表示设定物理效果，里面可以设定密度和质量，由于形状固定，所以两者不可以同时设定。controller表示你的主要运行文件是什么，如果C或者C++则是编译好的exe文件，如果是python则是一个主要.py文件。此处以python为例。

首先需要给机器人添加一个身体，右击children属性，Add new，添加一个Shape，

                                                           

 

DEF表示定义工程组件的名字，此处供开发人员辨识关系。可以看出主要定义的就是外观和形状，由于身体是长方体所以右击 geometry Add New在Base nodes中找到 Box，其他形状同理。然后设置参数。外观设置 为 右击 appearance Add New，添加Appearance ，此后双击Material，更改里面的diffuseColor即可。

给身体添加碰撞边界，右击boundingObject，添加在USE中寻找你所定义的Shape或者Transform，OK后你会发现物体边界出现白线。最后添加physics，设置相关质量或者密度参数。

身体定义后，此时需要定义lf_dir_motor(左前转向电机)关节位置。这里可以使用Servo方式，这种方法比较简单，但是但来的问题是没有办法获得角度反馈。此处我们使用HingeJoint组件。

由于和身体是父子坐标关系所以，HingeJoint需要添加在Body的children下面,和body_shape并行，鼠标点击body_shape，右击后Add New ，Base nodes中找到HingeJoint。以下是四个转向电机的构造                                                                                                                                                    

 

以 lf_dir为例，

总共有三个参数需要进行设置。jointParameters主要设置铰链轴的方向和位置，其他也有弹簧系数和静摩擦系数等。device可以添加刹车，角度传感器，电机。endPoint这里我们设置相应的杆件或者旋转体，这里使用Solid。在阿龙教程里，他实现封闭连杆机构，自己编写了底层，在新版本里没有必要，这里或许可以给你启发。

                        

 

 

设置左前轮转向机构的铰链轴 在左上方的位置，旋转轴为y轴正向。在device中添加motor，加速度，扭矩，最大速度可以依据需要设定，其自带了PID控制，所以只需要设定相关参数，从左到右为P,I,D，其是位置控制模式。name设置为 lf_dir_motor，这里为程序中寻找控制组件为依据。PositionSensor其实就是角度传感器，也是在程序中调用即可，其可以依据需要添加noise。

在endPoint中添加Solid组件，注意此处的坐标在body上，所以需要进行平移,设置如translation，在children中添加Shape,参数配置过程如Body。同理设置boundingObject和physics。

                                                         

 

左前轮转向机构至此设置完成。此时需要添加左前轮轮毂。有轮毂和转向轮为串级坐标关系，所以接下来的组件需要在转向机构的children下面配置，具体可以参见上图。同理Add New，添加HingeJoint。同理配置相关的驱动参数，即可。这里电机定义为 lf_run_motor。

以上为具体的配置过程，需要注意的是，由于轮毂旋转绕中心轴所以定义jointParamenters axis为Z轴正方向，anchor在旋转机构坐标系Y轴偏下0.07m，同理 lf_run_Solid需要Y轴偏下0.07m，保证旋转中心重合。同时需要调整Cylinder绕X轴旋转90度作为轮子的模式，如lf_run_Solid rotation配置。同理其他添加boundingObject和physics。电机参数依据需要设定，配置过程如之前所述。

以上述流程设置四个舵轮系统就可以完成整个过程。

创建控制器：

点击上方 Wizards -》 New Robot Controller，具体如下：

                                       

 

选择非常多，这里我是用python,其要求环境为python3.7。创建的控制器会自动保存到文件系统的controller下面

                             

 

但是有可能建立的机器人属性 

这里会出现void（此为webots文件目录下的一个默认的控制器，里面什么都没有），此时需要你手动select你建立的文件即可。

个人比较喜欢使用VS2019进行编辑，可以建立一个VS 的python项目，主文件和你创建的控制器同名即可，我的是duolun.py。

                                  

 

controller.py 和  vehicle.py 是webots python的库，组件函数可以在里面寻找，非常方便，你可以在webots软件目录下找到，复制粘贴即可。

以上为简单的控制代码实现，底盘原地旋转过程。

最后，总的工程已经放在了我的Github上。

                                                     

如果你觉得对你有很大的帮助，欢迎微信赞助，可以继续我的工作。

                             

来源：JameScottX