V-REP学习笔记(2)——搭建一个小车模型

距离写第一篇V-REP笔记已经过去很多天,主要是没有太多的时间(受疫情影响,线上学习太费时间了)。在这篇文章中,将介绍如何用V-REP搭建一个简易的小车模型,其步骤包括(1)用SolidWorks软件绘制小车模型;(2)在V-REP中为小车编辑碰撞模型;(3)为小车添加驱动关节。

首先,用SolidWorks绘制小车模型,包括车体与轮子,分别如下图所示:

将车体与轮子装配到一起,即为简单的小车模型,如下图所示:

因为是一些简单的形状,所以此处不详细介绍模型的绘制过程了(文末给出模型文件)。

完成上述步骤后,需要将该模型导入V-REP,将装配体另存为.STL格式。保存后的文件如下图所示:

接下来打开V-REP,导入这些文件,如下图所示:

将之前导出的文件全部选中,一并导入。可能导入的模型非常大,而占据了整个地面,不利于后续步骤。因此在导入时可以调整模型的比例,如下图所示,直到导入的模型大小满足要求。调整“Scaling”即可缩放模型。

导入V-REP的模型如图所示,此处没有为该模型添加好看的颜色,但其颜色可调。

此时的模型没有质量等物理属性,还不能运动,其实它就是一个小车的外观,仿真时好看一点而已。仿真软件在做运动学或动力学仿真时,需要计算模型的各种物理量,比如碰撞。模型越简单,仿真的计算量越少,计算机跑起来也更顺畅,有时模型较复杂,仿真过程可能根本无法进行。因此在仿真软件中需要用一些简单形状去拟合复杂的形状,这种“拟合”只是挑选了模型主要因素而忽略了次要因素,对任务不会有较大影响。例如在本次任务中,可以用长方体拟合车身,用圆柱体拟合车轮。在仿真过程中,用拟合的形状进行真正的计算,而原始形状只用于观看,具体过程如下:

为了便于操作,可以新建一个场景,file-->New scene。将原始模型中车身复制到新场景中,车身在两个场景中的位置是一致的。在新场景中选中车身然后点击“Toggle shape edit mode”,即编辑形状(如下图)。此操作即将车身分割成很多小三角形,如下图。

 

按住Shift键,点击鼠标左键框选一些三角,利用框选的部分来提取出一个立方体,不一定要选完,选出一些大概即可。将提取出的立方体复制到原场景中,即拟合出了车身形状。

抽取立方体
从车身模型中抽取出的立方体

同理,从轮子模型中抽取出圆柱体,操作相同,此处不再赘述。完成上述步骤后,模型如下图所示。可见,此时原模型与仿真模型重合在一起了。

下一步,需要为车身和车体之间添加关节(Joint)。此处需要四个旋转关节,添加方式如下图:

所添加关节的位置并不在车与轮子之间,因此需要移动其位置。先选中Joint,再选择轮子,再点击然后设置如下:

位置对齐

此时关节和轮子的位置重合。再点击,此时关节和轮子对齐,即完成了一个关节的放置。以此方式完成其他三个关节。

方向对齐

关节的大小可以修改,以免看起来很别扭。配置完成后如下图所示:

完成上述步骤后,对结构树中的对象进行命名,便于后续操作,如下图:

此时,需要在结构树中调整对象的从属关系,在最上面是场景(scene),其他对象都属于场景。调整后如下图所示,可见车身的可见模型从属于车身的仿真模型,四个轮子也是如此,车身通过四个关节连接四个轮子。(按住鼠标拖动即可)

至此,模型基本完成,但是关节的参数还未设置,仿真时还不能动。双击结构树中关节的名字可以修改其名字,双击关节图标,可以打开其属性菜单,如下图。关节的模式设置为Torque/force mode,即转矩/力模式。目标速度设定时,如果转矩较小,其运动速度将渐渐逼近设定的速度,如果转矩很大,将很快达到设定速度。依次完成四个关节的设置,再次点开仿真按钮,小车即会运动起来。

 再添加一个graph来显示小车的运动轨迹,步骤如下,点击Add->Graph

双击结构树中的Graph图标,打开设置窗口,添加要测量的量,即小车的xyz坐标

然后再编辑3D曲线:

将测量的三个量分别对应到3D曲线的xyz上:

再次仿真即可看到小车的运动轨迹:

该轨迹的长度与数据缓冲区的大小有关,双击结构树中Graph的图标,修改buffer大小,如果buffer太小,其轨迹会很短。

在V-REP中,双击结构树中对象的图标,可以弹出其属性设置窗口,双击其名字,可以修改名称。为了便于观看,可以隐藏部分对象。在上图中,我隐藏了小车的仿真模型(提取出来的形状,有质量属性),显示了外观模型。选择对象,点击左侧的Layers,取消对应的√,即可隐藏对象,第一个勾一般是隐藏外观。

其实,不需要SolidWorks模型,也可以搭建一个简易小车模型,即直接利用长方体和圆柱体。此处只是把整个流程走完。

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