12 KiB
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: trueвcobot-setting.yamlи запуститеcobot run --simulate. - Дождитесь завершения других движений. Для первой проверки удобно перейти в именованную позицию
workобычной 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, напримерwork. - При отсутствии или устаревании обратной связи перемещение недоступно. Проверьте, что симуляция работает и
/joint_statesобновляется.
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, затемcobot run localи выберите Webots. - Проверьте пять узлов
spawned_object_0000…spawned_object_0004в дереве сцены, текстуры молотков и сообщениеAll 5 objects spawned. - Измените
transformиrotation, 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.