技术分享 | 带你从webots中搭建第一个仿真环境

Posted 2021-12-28 阿木实验室

前言 前面的文章介绍了webots的安装和简单使用，今天我们来创建一个简单的webots世界和一个简单的控制器，该控制器会让机器人在世界中进行避障。废话不多说，现在就开始吧

1. 准备

webots世界其实是一个文件。文件中包含诸如物体在哪里、它们看起来像什么、它们如何相互作用、天空的颜色是什么、如何定义重力、摩擦力、物体质量等信息。它定义了模拟的初始状态。不同的对象称为节点，并在场景树中分层组织。

webots世界以.wbt 扩展名存储在计算机中。并且世界文件必须存在名为 worlds 的目录中。因此，我们要先新建一个工作空间。

2. 新建工作空间 打开webots，在顶部工具栏中找到

Wizards -> New Project Directory 然后一路next，选择你要保存的路径，并且重命名世界名称，然后在世界的设置中，勾选所有项。此时一个世界就创建好了，如下图所示：

3. 添加一个机器人 这里选择 e-puck 机器人。e-puck 是一个小型机器人，具有差速轮、10 个 LED 和多个传感器，包括 8 个距离传感器和一个摄像头。如下图所示。

注意：添加机器人前，确保仿真环境已经暂停，且虚拟时间为0。如下图所示。 当一个世界被保存，但是存在被修改的时候，暂停时间和模拟并且重新加载到其初始状态是很重要的。否则在每次保存时，每个3D对象的位置会累计误差。因此，对任何世界的修改都应该按照如下顺序执行：暂停、重置、修改、保存、模拟。

选择左边窗口的添加按钮

然后依次选择

PROTO nodes (Webots Projects) / robots / gctronic / e-puck / E-puck (Robot) 添加一个 e-punk机器人。此时，机器人会出现在地板的中央位置。

4. 创建一个控制器

控制器是控制机器人行为的程序。在webots中可以用以下程序编写：C、C++、Java、Python、MATLAB、ROS。这里我们用C++。 需要注意的是，机器人节点的控制器名字指定当前与之关联的机器人。同一个控制器可以被重复使用。

这个部分就是仿真的核心内容了，你可以将你的算法部署在这个地方，进行算法验证。

e-punk机器的反馈回路如下图 在工具栏找到

Wizard -> New Robot Controller 语言选择C++，然后重命名这个控制器，接着一路next。我们就会看到一个文本编辑窗口出现在左侧。将以下代码复制进去：

// File: my_controller.cpp // Date: 2021.12.1 // Description: 用于在webots中，控制e-puck机器人避障 // Author: Loren // Modifications: //webos必要头文件 #include <webots/Robot.hpp> #include <webots/DistanceSensor.hpp> #include <webots/Motor.hpp> //定义常量 #define TIME_STEP 64 #define MAX_SPEED 6.28 //所有 webots 类都定义在“webots”命名空间中 using namespace webots; int main(int argc, char** argv) //创建机器人对象 Robot *robot = new Robot(); //初始化传感器 // e-puck机器人有8个红外传感器 DistanceSensor *ps[8]; char psNames[8][4] = "ps0", "ps1", "ps2", "ps3", "ps4", "ps5", "ps6", "ps7" ; //依次读取每个传感器的编号 for (int i = 0; i < 8; i++) ps[i] = robot->getDistanceSensor(psNames[i]); ps[i]->enable(TIME_STEP); //初始化电机 Motor *LeftMotor = robot->getMotor("left wheel motor"); Motor *RightMotor = robot->getMotor("right wheel motor"); LeftMotor->setPosition(INFINITY); RightMotor->setPosition(INFINITY); LeftMotor->setVelocity(0.0); RightMotor->setVelocity(0.0); //开始反馈循环（参照反馈图） while (robot->step(TIME_STEP) != -1) //读取传感器输出值 double psValues[8]; for (int i = 0; i < 8; i++) psValues[i] = ps[i]->getValue(); //检测障碍物(参考e-puck传感器范围图) bool right_obstacle = psValues[0] > 80.0 || psValues[1] > 80.0 || psValues[2] > 80.0; bool left_obstacle = psValues[5] > 80.0 || psValues[6] > 80.0 || psValues[7] > 80.0; // 初始化电机速度为50% double LeftSpeed = 0.5 * MAX_SPEED; double RightSpeed = 0.5 * MAX_SPEED; //根据障碍物情况，调整实际的速度 if (left_obstacle) //检测到左边有障碍物，就向右转 LeftSpeed = 0.5 * MAX_SPEED; RightSpeed = -0.5 *MAX_SPEED; else if (right_obstacle) //检测到右边有障碍物，就向左转 LeftSpeed = -0.5 * MAX_SPEED; RightSpeed = 0.5 * MAX_SPEED; //将速度给到电机 LeftMotor->setVelocity(LeftSpeed); RightMotor->setVelocity(RightSpeed); delete robot; //程序结束后释放内存 return 0;

代码编辑完毕以后，点击文本编辑栏的保存，然后编译该文件。 编译完成后，该控制器就会被加载到e-punk的控制器属性中。按照下图所示进行操作，选择我们刚刚编译好的控制器，点击ok进行更换。

结语 webots仿真器十分强大，其控制的仿真，支持多种语言编程，也支持各种各样的机器人。我们可以利用该软件进行各种仿真的验证（通过添加控制器的方式）。即使没有ROS，也能进行验证。

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