因?yàn)轫?xiàng)目需要使用機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，因此需要的使用相應(yīng)的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真軟件。在查閱了一些資料以后，決定使用webots作為仿真的基本軟件。

但是webots的使用教程，國內(nèi)基本沒有。僅在博客園的內(nèi)的有一個(gè)系列博客，介紹了webots的使用的方法。但是沒有提供相應(yīng)的裝配方法。webots自身的使用手冊(cè)與用戶說明已經(jīng)夠?qū)嵱?#xff0c;但是大部分細(xì)節(jié)都沒有介紹。因此經(jīng)過一個(gè)周的學(xué)習(xí)與研究，了解掌握了webots進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真的基本方法。

1. webots模型的導(dǎo)出成VRML格式

工業(yè)機(jī)器人的模型一般在機(jī)器人生產(chǎn)廠商的官方網(wǎng)站提供了模型的下載。本人使用的是國內(nèi)某工業(yè)機(jī)器人供應(yīng)商生產(chǎn)的機(jī)器人，在官網(wǎng)內(nèi)提供了1比1的機(jī)器人CAD裝備體模型。格式是SolidWorks文件的。因此將其下載下來以后打開，如圖所示。其裝配結(jié)構(gòu)如圖所示。

圖1 機(jī)器人的三維模型? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖2 機(jī)器人的裝備結(jié)構(gòu)

工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)主要是其六個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)。因此，在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真時(shí)，需要將每個(gè)軸臂的裝備體分別導(dǎo)出。webots支持導(dǎo)入的格式是VRML97格式。因此使用SolidWorks進(jìn)行導(dǎo)出。VRML97格式的文件打開時(shí)是有自身內(nèi)部的坐標(biāo)系的。因此在導(dǎo)出的時(shí)候，為了方便后期在webots內(nèi)部進(jìn)行裝備，需要對(duì)坐標(biāo)系進(jìn)行建立與確定。具體的步驟如下：

以工業(yè)機(jī)器人的第二臂與第三臂為例，其CAD模型在裝備的時(shí)候是通過減速器連接的軸進(jìn)行的。因此，為了方便控制第二臂的運(yùn)動(dòng)，建議將坐標(biāo)系的原點(diǎn)建立在底座與第二軸連接處。原始裝配體的原點(diǎn)就是建立在此處，因此可以直接導(dǎo)出。如圖所示

圖3 第二軸裝配部的原點(diǎn)

在導(dǎo)出的時(shí)候，SolidWorks選擇另存為VRML格式，點(diǎn)擊選型，選擇VRML97，標(biāo)系選擇默認(rèn)，如圖所示：

圖4 導(dǎo)出VRML格式

第三軸裝配部因?yàn)槟Ｐ妥陨淼淖鴺?biāo)系沒有的建立在二三軸的連接處，因此需要建立一個(gè)額外的坐標(biāo)系，方便導(dǎo)出。建立方法不再贅述。導(dǎo)出的時(shí)候在圖4里面需要選擇相應(yīng)的坐標(biāo)系。

在導(dǎo)出的時(shí)候，需要記錄每個(gè)軸坐標(biāo)下，下一軸坐標(biāo)系原點(diǎn)到本軸坐標(biāo)系原點(diǎn)的空間坐標(biāo)，方便在webots里面進(jìn)行裝配。

2.單軸模型的處理

由于直接生成的VRML文件，包含較多的點(diǎn)面信息，整體的文件較大，在仿真的時(shí)候會(huì)使整體的計(jì)算變慢，甚至webots直接崩潰。而且，生產(chǎn)廠商網(wǎng)站的提供的模型可能帶有較多無用的點(diǎn)面信息，在webots里面，單軸無法直接生成相應(yīng)的transform文件。因此需要的對(duì)單軸導(dǎo)出的模型進(jìn)行處理。使用的軟件是Meshlab。我們只是進(jìn)行簡單的處理，因此 meshlab軟件也不需要實(shí)際掌握。具體的方法是：

點(diǎn)擊File->import Mseh選擇單軸VRML文件

點(diǎn)擊Filter->Remshing、Simplication進(jìn)行兩個(gè)步驟 如圖所示其中一個(gè)是將模型上面無用的孔洞抹去，另一個(gè)是降低模型的點(diǎn)面質(zhì)量，減少文件大小。通過這樣的方法生成的VRML文件大概都在幾百k以下了

圖5 meshlab處理

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圖6 未處理模型 與處理后的模型

可以明顯看出來，處理后的模型在細(xì)節(jié)與孔洞方面大大減少。可以提高相應(yīng)的仿真速度。

完成VRML文件處理以后，需要將文件導(dǎo)入webots進(jìn)行初步處理。webots在2018年以后已經(jīng)開源，我這里使用的是最新版本的webots。

在webots里面新建項(xiàng)目，文件->import VRML97 選擇之間的簡化VRML文件導(dǎo)入，便可以看到相應(yīng)的模型以及我們之前設(shè)定的坐標(biāo)系。右鍵transfer將其轉(zhuǎn)變?yōu)閟olid類型；再右鍵Export為wpo文件即可完成單軸文件的處理。

3.webots模型的裝配

首先說明，webots的項(xiàng)目樹的組成以及思想不同于我們之前用到的SolidWorks等的項(xiàng)目樹，其最大的特點(diǎn)是無論任何類型的結(jié)構(gòu)，均存在一個(gè)Children節(jié)點(diǎn)，在這個(gè)節(jié)點(diǎn)內(nèi)部可以定義任意的實(shí)體以及模型類型。因此整個(gè)webots的使用就十分靈活了。

工業(yè)機(jī)器人不同軸之前的轉(zhuǎn)動(dòng)，使用的均是HingeJoint節(jié)點(diǎn)，即只有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的連接節(jié)點(diǎn)。詳情參考webots的使用手冊(cè)。

整體的裝配過程如圖所示：

圖7 裝配流程

詳細(xì)過程為；

首先將底座導(dǎo)入項(xiàng)目樹，方法是項(xiàng)目樹最下面一項(xiàng)右鍵新增，導(dǎo)出之前的wbo文件；

然后將底座的類型轉(zhuǎn)換為robot，方式是右鍵transfer->robot，方便后期添加運(yùn)動(dòng)；

然后需要在此設(shè)定相應(yīng)的參數(shù)；

在導(dǎo)入完成后，在Arm1的children節(jié)點(diǎn)下就有一個(gè)shape節(jié)點(diǎn)，將使用DEF命名為Arm1Body，在Arm1的參數(shù)里面BoundaryObject里面，點(diǎn)擊使用Arm1Body。

設(shè)定相應(yīng)的鉸鏈節(jié)點(diǎn)，在Arm1的children節(jié)點(diǎn)下新增baseNodes 選擇HingeJoint；

點(diǎn)擊HingeJoint節(jié)點(diǎn)的endPoint選擇baseNodes為solid，這時(shí)候在該節(jié)點(diǎn)的Children下導(dǎo)入之前設(shè)定完成的Arm2第二軸裝配體，endPoint的類型為solid，所以在其參數(shù)BoundaryObject里面，點(diǎn)擊使用Arm2Body。需要調(diào)整相應(yīng)的六個(gè)自由度，保證第二軸的原點(diǎn)落在相應(yīng)第一軸坐標(biāo)系里面一二軸的連接處。

相應(yīng)的Jointparameter選擇HingeJointParameter，其中Position是轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過的角度，是我們之后使用Motor進(jìn)行控制的參數(shù)，不需要變動(dòng)；axis是鉸鏈的轉(zhuǎn)軸 根據(jù)機(jī)器人的具體轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行選擇；anchor是我們?cè)诓襟E1里面建立的Arm2坐標(biāo)系原點(diǎn)距離Arm1坐標(biāo)系原點(diǎn)的距離坐標(biāo)。

device節(jié)點(diǎn)選擇相應(yīng)的RotationMotor，并把它的名字改成Motor1。

到此為止邊完成了第二軸與底座的裝配。完成的項(xiàng)目樹如圖所示：

圖8 底座與第二軸的項(xiàng)目樹

該機(jī)械臂是一個(gè)六軸的機(jī)械臂，其裝配過程是一個(gè)層層嵌套的過程，需要保證每個(gè)都細(xì)節(jié)完成，才能完成相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)裝備。

4. 工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)仿真

根據(jù)之前在HingeJoint里面定義的Motor的名字，新建一個(gè)控制器，使用控制器里面的獲取motor的函數(shù)以及賦值函數(shù)，即可完成機(jī)器的控制

Motor *Arm2Motor = robot ->getMotor("Arm2Motor");

Arm2Motor->setPosition(i);

由于我的項(xiàng)目不涉及機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制，不涉及相應(yīng)的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)解析，因此我的工作到此基本完成了。想要繼續(xù)研究網(wǎng)上的資料 很多。

圖9 完成的工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)

總結(jié)：

webots的使用只要理解了他的項(xiàng)目樹的結(jié)構(gòu)還是十分簡單的，但是國內(nèi)的資料太少了，手冊(cè)上面說的還是十分全面的，但是并不是十分詳細(xì)，在具體的使用過程中需要實(shí)際進(jìn)行操作。

當(dāng)初選用webots進(jìn)行仿真的原因是看到他的介紹上對(duì)于web很友好，但是研究了一下好像并沒有十分友好，只是提供了一個(gè)模型展示與動(dòng)畫導(dǎo)出的功能（捂臉），感覺被騙了；除此以外，還可以實(shí)現(xiàn)webots作為后端的服務(wù)進(jìn)行運(yùn)行，前端web實(shí)時(shí)展示相應(yīng)的過程。現(xiàn)在只做到了在本地演示，要在網(wǎng)絡(luò)端運(yùn)行好像還挺麻煩。以后補(bǔ)上。

同時(shí)，現(xiàn)在在gayhub上面的已經(jīng)有其相應(yīng)的源碼了，我覺著跑掉webGL建立模型的仿真還是可以的。

圖10 本地仿真web實(shí)時(shí)展示

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的webots使用以及第三方模型导入装配、运动学仿真教程的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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