Рекомендации по подготовке и проведению лабораторных работ
Лабораторная работа 1
Изучение программного пакета V-REP
1) Цель работы: изучить среду моделирования робототехники V-REP. Ознакомиться с основными функциями и подходами к работе.
2) Оборудование, приспособления, инструменты: программный пакет Virtual robot experimentation platform (V-REP).
3) Краткие теоретические сведения и справочные материалы [1]
Функции моделирования в V-REP
V-REP разработан на базе универсальной архитектуры, и в нем нет главного или центрального модуля. Вместо этого V-REP состоит из относительно самостоятельных функциональных групп, которые могут быть включены или выключены по мере необходимости.
Представьте себе сценарий для моделирования, в котором промышленный робот должен забрать ящики и переместить их в другое место. V-REP вычисляет динамику захвата и удержания коробки, а для других частей цикла, когда динамические эффекты пренебрежимо малы, выполняет кинематическое моделирование. Такой подход позволяет рассчитать движения промышленного робота быстро и точно, что не получилось бы в случае полного моделирования с использованием сложных динамических библиотек. Использование такого гибридного моделирования оправдано в том случае, когда робот жестко зафиксирован и не находится под влиянием окружения.
Кроме адаптивного избирательного включения различных функциональных возможностей, V-REP может использовать их совместно, заставляя одну взаимодействовать с другой. Например, при моделировании человекоподобного робота, V-REP может обрабатывать движения ног следующим путем: сначала рассчитывается инверсная кинематика для каждой ноги (т.е. общая позиция всей ноги рассчитывается от нужного положения ступней и ориентации); затем вычисляются позиции суставов в качестве целевых для модуля динамики. Это позволяет задавать движения гуманоида очень универсальным способом, т. к. для каждой ноги будет назначено движение повторения 6-мерного пути: остальные расчеты производятся автоматически.
|
|
|
После запуска программы появляется следующий экран:
Рис. 1. Окно программы V-REP
Здесь можно видеть объекты:
— сцена — основное окно визуализации
—библиотека моделей — расположена слева, включает в себя необходимые компоненты, которые можно увидеть на сцене
— окно иерархии — по умолчанию расположено между библиоткой моделей и сценой. В этом окне отображаются все объекты сцены в виде иерархической схемы.
— панели инструментов
Окно иерархии
В окне иерархии отображаются все объекты сцены. На рисунке можно увидеть основную камеру (DefaultCamera), источники освещения (DefaultLight), жесткий пол (ResizableFloor)
Рис. 2. Дерево иерархии
|
|
|
Панель инструментов содержит набор кнопок, основными из которых являются кнопки для запуска и остановки сцены.
Рис.3.Кнопки симуляции
Также инструменты для работы с камерой. Для перемещения и изменения угла просмотра, приближение.
Рис.4.Кнопки перемещения сцены
Для работы с элементами помещенными на сцену существуют следующие инструменты: “выделяемость” объекта по нажатию, перемещение и изменение угла расположения объекта. При этом у выделенного объекта появляются дополнительные оси, за которые удобно перемещать и поворачивать.
Рис.5.Кнопки перемещения объекта
В дереве иерархии, справа от имени некоторых объектов есть различные иконки. Таким образом отображаются зависимые Lua-скрипты, которые можно просмотреть по двойному нажатию. У самой сцены есть главный скрипт, редактировать который нежелательно. А у других объектов собственные, которые можно добавлять, редактировать и изменять в соответсвии с необходимостью.
V-REP содержит целую коллекцию разнообразных роботов, которых можно предварительно посмотреть в коллекции моделей (Tools | Model browser). Для добавления нужной модели необходимо лишь перетащить её на сцену. При этом важно, чтобы сцена при перетаскивании была остановлена, иначе изменения не будут сохранены.
|
|
|
Рис.6. пример робота
Также в среде доступны все основные примитивы, добавить которые можно, нажав правую кнопку мыши на сцене и выбрав соответсвующие пункты меню. Например, для добавления на сцену куба, выбрать Add | Primitive shape | Cuboid.
Рис.7.Меню добавления объектов
Изменить размер можно выставлением в появившемся меню размеры 0.400 x 0.400 x 0.400. (Соответсвующие метрической системе).
Рис.8.Окно настройки свойств объекта
Рис.9.Пример объекта на сцене.
Объекты моделирования.
Симуляционные модели V-REP содержат несколько объектов или элементов, которые собраны в древовидную иерархию. Ниже описаны варианты моделирования, поддерживаемые V-REP:
• Сочленения: элементы, которые связывают два или более объекта сцены вместе, обеспечивая от одной до трех степеней свободы (призматические, вращательные, винтовые, или сферические). Они могут работать в различных режимах (например, в силовом/ вращательном режиме, режиме обратной кинематики и др.)
• Формы: треугольные полигональные сетки, используемые для моделирования и визуализации твердого тела.
• Бесконтактные датчики: Они вычисляют точное минимальное расстояние к части фигуры, которая находится в пределах обнаружения. Это дает непрерывную и более реалистичную симуляцию, чем обнаружение на основе большого количества направленных лучей.
|
|
|
• Визуальные датчики: визуальные датчики позволяют извлекать сложные изображения и информацию из сцен моделирования (цвета, размер объектов, глубина карты и др.). Встроенная фильтрация и функция обработки изображений запускает целый блок из фильтрующих элементов. Визуальные датчики используют аппаратное ускорение для получения RAW изображений (поддержка OpenGL).
• Датчики силы: они представляют собой жесткие связи между фигурами, которые могут записывать приложенные силы и крутящие моменты, и которые могут разрушаться при превышении заданного порога.
• Графики: графики могут записывать большое разнообразие предопределенных или пользовательских потоков данных. Потоки данных затем могут быть отображены напрямую (график по времени заданного типа данных), или в сочетании друг с другом для отображения X/Y графиков, или 3D кривых.
• Камеры: они позволяют визуализировать сцены, которые зависят от точки наблюдения.
• Освещение: освещают сцену или отдельные объекты сцены, и влияют на камеры или визуальные датчики.
• Пути: они определяют сложное движение в пространстве (последовательность свободно комбинируемых переводов, вращений и/или пауз), и используются, например, для направления сварочной горелки робота вдоль заданной траектории, или позволяют задать движение конвейерной ленты.
• Материальные точки: это вспомогательные системы отсчета, которые могут быть использованы для различных задач. В основном используются в сочетании с другими объектами сцены.
• Фрезы: могут быть использованы для имитации поверхности режущих операций на формы (например, фрезерование, лазерная резка и др.)
Вычислительные модули
Объекты моделирования редко используются самостоятельно, они скорее работают на, или совместно с другими объектами (например, датчик приближения обнаруживает формы). Кроме того, V-REP предлагает несколько расчетных модулей, которые могут напрямую работать на одну или несколько сцен моделирования. Ниже приведены основные расчетные модули:
• Модуль кинематики: позволяет выполнять кинематические расчеты (прямые и обратные) для любого типа механизма (разветвленные, закрытые, с резервированием, содержащие вложенные циклы и др.). Модуль базируется на расчете наименьших затухающих квадратов.
• Динамический модуль: позволяет регулировать динамику расчета твердого тела и взаимодействия (столкновение, цепляние и др.) с помощью Bullet Physics Library и Open Dynamics Engine. Симуляции динамических систем до сих пор находятся на начальном этапе и часто основываются на приблизительных показателях. Для подтверждения результатов важно основываться не только на одном физическом движке.
• Модуль обнаружения столкновений: позволяет осуществлять быструю проверку столкновений между любой формой или набором фигур. Этот модуль является полностью независимым от ответа алгоритмов расчета динамики модуля. Используются структуры данных, основанных на бинарном дереве прямоугольных боксов для ускорения. Дополнительная оптимизация достигается за счет техники кэширования.
• Модуль расчета расстояния (Mech-mech модуль): позволяет быстро минимизировать расстояние расчета между любыми формами (выпуклые, вогнутые, открытые, закрытые и т.д.) или набором форм. Модуль использует те же структуры данных, что и модуль обнаружения столкновений.
• Модуль планирования движения: ручное планирование голономных и неголономных задач с помощью подхода, основанного на алгоритме Rapidly-exploring Random Tree (RRT). Задачи по планированию путей кинематических цепей также поддерживаются.
Для универсальности вышеуказанные модули реализованы в общем виде. Цели их интеграции с V-REP чем-то схожи с интеграцией встроенных скриптов, которые описаны в первой части статьи. Подавляющее большинство симуляций или имитационных моделей не требует каких-либо специфических инструментов, достаточно хорошего набора основных инструментов. Если инструменты интегрированы в симулятор, и их задачи, которые относятся непосредственно к имитационной модели, определены, то модель становится чрезвычайно легко переносимой. Запуск имитационной модели на другой машине или платформе осуществляется с помощью одного файла модели: нет необходимости перекомпилировать, устанавливать или перезагружать плагин. Аналогичным образом это делает модели хорошо масштабируемыми: дублирование модели сохраняет функциональность без необходимости изменения исходного кода. Процесс дублирования можно осуществить даже во время процесса симуляции.
Традиционный подход к расширению функциональности с помощью плагинов в целях поддержки конкретной имитационной модели также поддерживается в V-REP.
4) Порядок выполнения лабораторной работы
1. Запустить программу V-REP. Ознакомиться с интерфейсом.
2. Перетащить на сцену робот ABB IRB 140
3. Нажать кнопку старта моделирования.
4. В появившемся окне, перетаскиванием движков, изменить положение механизмов робота.
5. Установить на сцене куб в рабочей зоне робота.
6. Исследовать взаимодействие руки робота с новым объектом.
7. Открыть и изучить готовые примеры программы.
Задания или исходные данные
Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 1262; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!