Симуляция (Webots)

Webots — симулятор роботов с открытым исходным кодом. В LWC используется как цифровой двойник робота KUKA LBR IIWA 7: позволяет разрабатывать и отлаживать алгоритмы управления без доступа к физическому роботу.

Ключевые особенности

Симулятор использует те же ROS 2 топики и интерфейсы, что и реальный робот
Мир симуляции задаётся в cobot-setting.yaml → digital_twin.webots.world
Для запуска: cobot run --simulate

Перемещение за TCP

В этом режиме цифрового двойника целевая поза робота задаётся перетаскиванием маркера рабочей точки инструмента (TCP) прямо в окне Webots.

Включите digital_twin.tcp_gizmo.enabled: true в cobot-setting.yaml и запустите cobot run --simulate.
Дождитесь завершения других движений. Для первой проверки удобно перейти в именованную позицию work обычной командой.
Выберите маркер TCP в Webots. Удерживая левую кнопку мыши, тяните за стрелку перемещения или ручку вращения. Во время редактирования цели робот стоит.
Отпустите кнопку: контроллеру отправится одна полная траектория, а не поток action-целей при перетаскивании.
Дождитесь завершения движения перед следующим переносом. При недостижимой цели или столкновении на проверяемом пути маркер возвращается к фактическому TCP.

Обычные команды координат, joints и файлы управления остаются доступны и имеют приоритет перед новым перетаскиванием. Уже начатое движение гизмы завершается до выполнения ожидающей обычной команды, в том числе если ожидание длится больше двух секунд.

Инструмент и скорость

Маркер следует за фреймом tcp активного инструмента: у patron это рабочий торец патрона, без инструмента — фланец. При смене инструмента примените выбор через cobot robot-setup, пересоберите проект и перезапустите симуляцию. В моделях новых инструментов задавайте tcp в рабочей точке.

max_linear_speed (м/с) и max_angular_speed (рад/с) задают верхние пределы. На коротких перемещениях есть разгон и торможение; ограничения суставов также могут снизить скорость. Интерполяция в суставах достигает заданной позы TCP, но не гарантирует прямолинейный декартов путь.

Для отключения задайте digital_twin.tcp_gizmo.enabled: false и перезапустите систему. Все параметры описаны в справочнике конфигурации. command_timeout проверяет возраст поступившей цели: отпускание мыши определяется напрямую, настройка времени ожидания не требуется.

Если маркер возвращается или не реагирует

Дождитесь завершения обычной команды или уже начатой траектории гизмы перед новым перетаскиванием.
При отказе смотрите строку TCP gizmo rejected target: ... в выводе запуска. Попробуйте небольшое смещение из достижимой позы, например work.
При отсутствии или устаревании обратной связи перемещение недоступно. Проверьте, что симуляция работает и /joint_states обновляется.

Отличия от реального робота

Действуют настроенные ограничения суставов и TCP; симуляция не воспроизводит все защиты физического робота
Физика не идеальна — инерция, трение и упругость приближённые
FRI-протокол не задействован — связь идёт через Webots-драйвер ROS 2

Спавн объектов с текстурами

В cobot-setting.yaml (секция digital_twin.webots) задайте:

objects:
  enabled: true
  count: 5
  models:
    - path: pkg://iiwa_description/objects/hammer/hammer1.obj
      rotation_deg: [0, 0, 0]
    - path: pkg://iiwa_description/objects/hammer/hammer2.obj
      rotation_deg: [0, 0, 0]
  area:
    x: [0.3, 0.7]
    y: [-0.3, 0.3]
    z: [0.1, 0.1]

При запуске Webots создаётся ровно count объектов: каждая модель независимо выбирается из models, повторения разрешены. enabled: false, count: 0 или отсутствие секции отключает спавн. Список — разрешённые модели, а не количество экземпляров каждой модели. Пути могут быть pkg://, абсолютными или относительно файла настроек. Пока поддерживается Wavefront OBJ.

Область задаётся в метрах в системе основания робота: применяется та же пара webots.transform / webots.rotation (ось и угол в радианах), что и при спавне робота. Формула: p_world = t_robot + R_robot * p_local. Это начальная область, а не ограничитель движения: физика затем может перемещать объекты. Перемещение робота мышью после запуска не переносит уже созданные предметы.

Точка спавна — центр габаритов по X/Y и нижняя точка по Z. Смещение вершин в экспортированном OBJ компенсируется автоматически; исходные файлы, UV, масштаб (1 единица = 1 метр) сохраняется; ориентация задаётся отдельно для каждой модели. Диапазон ограничивает эту точку, а не весь габарит. Пересечения объектов при случайном размещении не исключаются: выбирайте достаточно просторную область.

CadShape загружает материалы из mtllib и текстуры из MTL. Сохраняйте OBJ, MTL и PNG в исходной структуре каталогов: например, hammer1.mtl ссылается на hammer1_basecolor.png. Весь каталог objects устанавливается вместе с iiwa_description. Отсутствующие модели, MTL и текстуры вызывают ошибку до первого запроса спавна. Для физики используется упрощённый габаритный Box и масса 0.5 кг; это не точная модель инерции или захвата молотка. В MoveIt Planning Scene эти объекты автоматически не добавляются.

Нода object_spawner вызывает /Ros2Supervisor/spawn_node_from_string (webots_ros2_msgs/srv/SpawnNodeFromString) однократно для каждого предмета. Отказ сервиса прерывает оставшийся спавн; тайм-аут не повторяется, чтобы не создавать дубликаты. Нода завершается после успеха. На физическом роботе она не запускается.

Проверка в симуляции

Пересоберите пакеты: colcon build --base-paths src --packages-select iiwa_description iiwa_utils iiwa_bringup iiwa_config --symlink-install.
Выполните source install/setup.bash, затем cobot run local и выберите Webots.
Проверьте пять узлов spawned_object_0000 … spawned_object_0004 в дереве сцены, текстуры молотков и сообщение All 5 objects spawned.
Измените transform и rotation, перезапустите: область должна переместиться и повернуться вместе с основанием робота. Для проверки начальных координат используйте паузу симулятора до падения объектов.
Проверьте count: 0, запуск без камер и ошибку при несуществующей модели.

Справочник: Webots CadShape.

Индивидуальный поворот модели

Каждая запись models может содержать path и rotation_deg: [X, Y, Z]. Углы фиксированные, в градусах; сначала применяется поворот вокруг X, затем Y, затем Z в системе основания робота: R_model = Rz * Ry * Rx, R_world = R_robot * R_model. Например:

models:
  - path: pkg://iiwa_description/objects/hammer/hammer1.obj
    rotation_deg: [0, 0, 0]
  - path: pkg://iiwa_description/objects/hammer/hammer2.obj
    rotation_deg: [90, 0, 0]
  - path: pkg://iiwa_description/objects/hammer/hammer3.obj
    rotation_deg: [0, 0, 45]

В предоставленных OBJ длинная ось молотка направлена по Z: [0, 0, 0] задаёт вертикальную начальную ориентацию, [90, 0, 0] кладёт молоток набок, а [0, 0, 45] поворачивает его вокруг вертикальной оси. В обоих конфигурационных файлах для всех моделей явно указано [0, 0, 0]; изменяйте каждую независимо. Записи только с путём остаются совместимыми и означают нулевой поворот.

Поворачиваются и видимая модель, и её коллизионный Box. После поворота пересчитывается высота: area.z задаёт нижнюю точку повёрнутого коллизионного габарита в системе робота, а X/Y — его центр. Поворот модели не поворачивает саму область спавна. Изменения применяются при следующем запуске.

Это начальная ориентация, а не фиксация: после появления гравитация и контакты могут опрокинуть молоток. Для проверки поставьте симуляцию на паузу при спавне. Проверьте разные углы у двух моделей, отсутствие погружения Box ниже area.z и сохранение локальных углов при изменении webots.rotation.

12 KiB Raw Blame History Unescape Escape