Robotics Library建立自定义的机器人模型_roboticslibrary

作者：IT小白 | 2024-06-15 22:08:44

踩

roboticslibrary

Robotics Library建立自定义的机器人模型

利用RL库对机器人进行建模仿真

利用RL库对机器人进行建模仿真

RL库是一个用于进行机器人建模、碰撞模拟，路径规划的专用库，其作者团队也在IEEE上发表了一系列文章。这个库建立在一系列开源库之上，函数手册中并没有给出太多说明，具体的函数功能需要根据命名以及源码进行理解，这也是RL库冷门的原因之一，但本人实际使用一段时间之后，发现这个开源库里还是有很多值得借鉴的地方的。
RL官网
 github地址

源码编译

官网，以及github上仅提供了0.7.0以及更早的0.6.2两个版本的release版本，想要debug版本进行调试的话，就需要自己进行编译了。如不需要调试，直接莽，请跳过此部分。

准备工作

1.下载cmake，不多说，干这一行的必备工具。
2.从github下载rl和rl-3rdparty两个仓库
rl
rl-3rdparty
3.编译之前，从环境变量中删掉之前安装的rl库
4.一个你熟悉的CAD软件，我用的是FreeCAD，因为生成vrml文件比较方便。

编译依赖的三方库

cmake源码位置选择上述的rl-3rdparty路径，选好编译器和位数后（建议VS编译器，没有尝试过Mingw），选定CMAKE_INSTALL_PREFIX路径，不需要改动其他配置，一路config和generate就完事了。编译完了之后记得把生成的lib和dll路径加到环境变量里去，这样后面就不用一个一个慢慢选了。

编译源码

cmake源码路径选择上述的rl位置，一路config和generate，但是，注意依赖库的位置是不是上一步install的位置，否则大概率编译报错。值得一提，不要更改cmake的其他配置，atidaq会显示未找到，不要动他，否则后边在VS里会报错。在这里插入图片描述
顺带一提，使用debug版本库进行路径规划时，速度会比release版本慢很多很多，可能这也是官方不发布debug版本库的原因之一。

模型建立

rl提供了两种建模方式，一种是DH模型，依赖于rl/kin部分，在官方的API说明部分建议不使用此模块。另一种则是简单的运动中心之间的相对坐标差，更适合我这种没多少机器人基础的菜鸟。下面详细介绍后者的建立过程。

CAD模型原点位置的统一

建模，首先得有CAD模型。在这里，以实验室的六自由度柔性关节臂为例，在freecad中，打开机器人的底座模型，画一条以(0,0,0)为起点，方向为z轴正向的线段。再以此直线为参照，把底座模型的底面圆心移到(0,0,0)位置，尽量精确一点。在这里插入图片描述

后续的6个零件，把转动中心都移到(0,0,0)位置，如果零件之间是移动副，确保世界坐标系的坐标原点在移动平面就OK。
把这7个模型导出为vrml 2.0文件。

将各关节转动中心之间的关系写进vrml文件

在此步骤之前。可以在官方提供的现有模型中看到，一个机器人是由各个子零件的vrml和一个负责装配的vrml组成。这一步需要对7个零级进行装配，文件格式参考官方提供的文件，如下所示

#VRML V2.0 utf8
Transform {
	children [
		DEF link0 Transform {
			children [
				Inline {
					url "link0.wrl"
				}
			]
		}
		DEF link1 Transform {
			translation 0 0 208.5
            rotation 1 0 0 0		
			children [
				Inline {
					url "link1.wrl"
				}
			]
		}
		DEF link2 Transform {
		translation 42 0 300.5
            rotation 1 0 0 0
			children [
				Inline {
					url "link2.wrl"
				}
			]
		}
		DEF link3 Transform {
		translation 0 0 669.5
        rotation 1 0 0 0
			children [
				Inline {
					url "link3.wrl"
				}
			]
		}
		DEF link4 Transform {
		translation 29 0 750.5
        rotation 1 0 0 0
			children [
				Inline {
					url "link4.wrl"
				}
			]
		}
		DEF link5 Transform {
		translation 0 0 1119.5
        rotation 1 0 0 0
			children [
				Inline {
					url "link5.wrl"
				}
			]
		}
		DEF link6 Transform {
		translation 29 0 1200.5
        rotation 1 0 0 0
			children [
				Inline {
					url "link6.wrl"
				}
			]
		}
	]
}

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67

方便起见，在各个零件装配时避免转角，装配之后应当是一个“一柱擎天”的造型,translation表示的是装配后，各个零件运动中心的坐标。(这里底座装反了方向，大家装配的时候尽量注意) 在这里插入图片描述

描述场景的vrml文件

这一步没有难度，照搬就行，定义一个机器人和一个工件

#VRML V2.0 utf8
Transform {
	children [
		DEF ACMM Transform {
			children [
				Inline {
					url "ACMM/ACMM.wrl"
				}
			]
		}
		DEF DMISModel Inline {
			url "TesaDemo3D.wrl"
		}
	]
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15

描述场景的xml文件

同样没有难度的一步，不过"name"的值要和上面vrml文件中一直，不然后面读取的时候直接pass，不会显示出来。

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<rlsg xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xsi:noNamespaceSchemaLocation="rlsg.xsd">
	<scene href="ACMM_DMISModel.wrl">
		<model name="ACMM">
			<body name="link0"/>
			<body name="link1"/>
			<body name="link2"/>
			<body name="link3"/>
			<body name="link4"/>
			<body name="link5"/>
			<body name="link6"/>
		</model>
		<model name="DMISModel">
			<body name=""/>
		</model>
	</scene>
</rlsg>
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17

描述运动学模型的xml文件

这个文件里还是有很多坑的。

首先，body在声明时，会有对其他body的引用，这一点是忽略了这两个body之间的碰撞，在rl::mdl::xmlFactory的源码中可以找到详细的原因。没有这样的声明，后面路径规划的时候，模型的自检会一直报碰撞存在。
body之间的frame是对坐标系原点的转换，这也是之前统一坐标系原点的原因。在这一步中，frame的x,y,z直接拿装配vrml文件中的坐标值做差就可以了。
rl提供了相对齐全的关节类型，铰链型：revolute，滑动型：prismatic等等，可以在rlmdl/rlmdl.xsd文件中寻找相关的名称。

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<rlmdl xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xsi:noNamespaceSchemaLocation="rlmdl.xsd">
	<model>
		<manufacturer>HFUT</manufacturer>
		<name>ACMM</name>
		<world id="world">
			<rotation>
				<x>0</x>
				<y>0</y>
				<z>0</z>
			</rotation>
			<translation>
				<x>0</x>
				<y>0</y>
				<z>0</z>
			</translation>
			<g>
				<x>0</x>
				<y>0</y>
				<z>9.86055</z>
			</g>
		</world>
		<body id="body0">
			<ignore/>
			<ignore idref="body1"/>
		</body>
		<frame id="frame0"/>		
		<body id="body1">
			<ignore idref="body0"/>
			<ignore idref="body2"/>
		</body>
		<frame id="frame1"/>
		<body id="body2">
			<ignore idref="body1"/>
			<ignore idref="body3"/>
		</body>
		<frame id="frame2"/>
		<body id="body3">
			<ignore idref="body2"/>
			<ignore idref="body4"/>
		</body>
		<frame id="frame3"/>
		<body id="body4">
			<ignore idref="body3"/>
			<ignore idref="body5"/>
		</body>
		<frame id="frame4"/>
		<body id="body5">
			<ignore idref="body4"/>
			<ignore idref="body6"/>
		</body>
		<frame id="frame5"/>
		<body id="body6">
			<ignore idref="body4"/>
			<ignore idref="body5"/>
		</body>
		<frame id="frame6"/>
		<fixed id="fixed0">
			<frame>
				<a idref="world"/>
				<b idref="body0"/>
			</frame>
			<rotation>
				<x>0</x>
				<y>0</y>
				<z>0</z>
			</rotation>
			<translation>
				<x>0</x>
				<y>0</y>
				<z>0</z>
			</translation>
		</fixed>
		<fixed id="fixed1">
			<frame>
				<a idref="body0"/>
				<b idref="frame0"/>
			</frame>
			<rotation>
				<x>0</x>
				<y>0</y>
				<z>0</z>
			</rotation>
			<translation>
				<x>0</x>
				<y>0</y>
				<z>208.5</z>
			</translation>
		</fixed>
		<revolute id="joint0">
			<frame>
				<a idref="frame0"/>
				<b idref="body1"/>
			</frame>
			<axis>
				<x>0</x>
				<y>0</y>
				<z>1</z>
			</axis>
			<max>360</max>
			<min>-360</min>
			<speed>180</speed>
		</revolute>
		<fixed id="fixed2">
			<frame>
				<a idref="body1"/>
				<b idref="frame1"/>
			</frame>
			<rotation>
				<x>0</x>
				<y>0</y>
				<z>0</z>
			</rotation>
			<translation>
				<x>42</x>
				<y>0</y>
				<z>92</z>
			</translation>
		</fixed>
		<revolute id="joint1">
			<frame>
				<a idref="frame1"/>
				<b idref="body2"/>
			</frame>
			<axis>
				<x>0</x>
				<y>1</y>
				<z>0</z>
			</axis>
			<max>120</max>
			<min>0</min>
			<speed>180</speed>
		</revolute>		
		<fixed id="fixed3">
			<frame>
				<a idref="body2"/>
				<b idref="frame2"/>
			</frame>
			<rotation>
				<x>0</x>
				<y>0</y>
				<z>0</z>
			</rotation>
			<translation>
				<x>-42</x>
				<y>0</y>
				<z>369</z>
			</translation>
		</fixed>		
		<revolute id="joint2">
			<frame>
				<a idref="frame2"/>
				<b idref="body3"/>
			</frame>
			<axis>
				<x>0</x>
				<y>0</y>
				<z>1</z>
			</axis>
			<max>360</max>
			<min>-360</min>
			<speed>180</speed>
		</revolute>	
		<fixed id="fixed4">
			<frame>
				<a idref="body3"/>
				<b idref="frame3"/>
			</frame>
			<rotation>
				<x>0</x>
				<y>0</y>
				<z>0</z>
			</rotation>
			<translation>
				<x>29</x>
				<y>0</y>
				<z>81</z>
			</translation>
		</fixed>			
		<revolute id="joint3">
			<frame>
				<a idref="frame3"/>
				<b idref="body4"/>
			</frame>
			<axis>
				<x>0</x>
				<y>1</y>
				<z>0</z>
			</axis>
			<max>120</max>
			<min>0</min>
			<speed>180</speed>
		</revolute>	
		<fixed id="fixed5">
			<frame>
				<a idref="body4"/>
				<b idref="frame4"/>
			</frame>
			<rotation>
				<x>0</x>
				<y>0</y>
				<z>0</z>
			</rotation>
			<translation>
				<x>-29</x>
				<y>0</y>
				<z>369</z>
			</translation>
		</fixed>		
		<revolute id="joint4">
			<frame>
				<a idref="frame4"/>
				<b idref="body5"/>
			</frame>
			<axis>
				<x>0</x>
				<y>0</y>
				<z>1</z>
			</axis>
			<max>360</max>
			<min>-360</min>
			<speed>180</speed>
		</revolute>	
		<fixed id="fixed6">
			<frame>
				<a idref="body5"/>
				<b idref="frame5"/>
			</frame>
			<rotation>
				<x>0</x>
				<y>0</y>
				<z>0</z>
			</rotation>
			<translation>
				<x>29</x>
				<y>0</y>
				<z>81</z>
			</translation>
		</fixed>		
		<revolute id="joint5">
			<frame>
				<a idref="frame5"/>
				<b idref="body6"/>
			</frame>
			<axis>
				<x>0</x>
				<y>1</y>
				<z>0</z>
			</axis>
			<max>120</max>
			<min>0</min>
			<speed>180</speed>
		</revolute>	
		<fixed id="fixed6">
			<frame>
				<a idref="body6"/>
				<b idref="frame6"/>
			</frame>
			<rotation>
				<x>0</x>
				<y>0</y>
				<z>0</z>
			</rotation>
			<translation>
				<x>-29</x>
				<y>0</y>
				<z>195.8</z>
			</translation>
		</fixed>
		<home>
			<q unit="deg">0</q>
			<q unit="deg">24</q>
			<q unit="deg">0</q>
			<q unit="deg">109</q>
			<q unit="deg">0</q>
			<q unit="deg">27</q>
		</home>		
	</model>
</rlmdl>

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280

仿真及后续

模型建立完毕后，可以选择使用官方的demo进行初步的显示。这里需要对源码文件夹中的rlCoachMdl进行部分改动，新建一个pro文件，添加进文件夹下的文件，和部分必须的Qt模块，如opengl、network。然后添加rl库的头文件和.lib文件，以及两条预定义在这里插入图片描述

熟悉rl库的建模流程之后，可以进行其他的一些列操作，如利用rl库仅进行计算，利用其他三方库进行显示；多机器人协同任务安排等。
萌新出于记录生活的目的，第一次写博客，诸多不足之处还请海涵，有疑问或者建议可私信。

声明：本文内容由网友自发贡献，不代表【wpsshop博客】立场，版权归原作者所有，本站不承担相应法律责任。如您发现有侵权的内容，请联系我们。转载请注明出处：https://www.wpsshop.cn/w/IT小白/article/detail/724030