Virtual robot tajriba platformalari v-rep: Ko'p qirrali 3D robot simulyatori Abstract

2 V-REP’s Architecture

V-REP ko'p qirrali arxitektura atrofida yaratilgan. V-REPda asosiy yoki markaziy funksiya yo'q. Aksincha, V-REP turli xil nisbatan mustaqil funktsiyalarga ega, ular kerak bo'lganda yoqilishi yoki o'chirilishi mumkin.
Sanoat roboti qutilarni olib, ularni boshqa joyga ko'chirishi kerak bo'lgan simulyatsiya stsenariysini tasavvur qiling; V-REP qutilarni ushlash va ushlab turish dinamikasini hisoblab chiqadi va dinamik effektlar ahamiyatsiz bo'lganda tsiklning boshqa qismlari uchun kinematik simulyatsiyani amalga oshiradi. Ushbu yondashuv sanoat robotining harakatini tez va aniq hisoblash imkonini beradi, agar u murakkab dinamika kutubxonalari yordamida to'liq simulyatsiya qilingan bo'lsa, bunday bo'lmaydi. Ushbu turdagi gibrid simulyatsiya, agar robot qattiq va qattiq bo'lsa va uning atrof-muhitidan boshqa ta'sir ko'rsatmasa, bu holatda oqlanadi.
V-REP o'zining turli xil funksiyalarini moslashtirilgan tarzda faollashtirishdan tashqari, ulardan biri boshqasi bilan hamkorlik qilgan holda simbiotik tarzda ham foydalanishi mumkin. Masalan, insonsimon robot holatida V-REP oyoq harakatlarini (a) birinchi navbatda har bir oyoq uchun teskari kinematikani hisoblash orqali boshqaradi (ya'ni, oyoqning istalgan holatidan va yo'nalishidan, barcha oyoq bo'g'imlari pozitsiyalari hisoblanadi); va keyin (b) dinamik modul tomonidan maqsadli bo'g'in pozitsiyalari sifatida foydalanish uchun hisoblangan qo'shma pozitsiyalarni tayinlaydi. Bu insoniy harakatni juda ko'p qirrali tarzda aniqlash imkonini beradi, chunki har bir oyoq 6 o'lchovli yo'ldan borish uchun tayinlanishi kerak edi: qolgan hisoblar avtomatik ravishda hal qilinadi.
2.1 Sahna obyektlari
V-REP simulyatsiyasi sahnasida daraxtga o'xshash ierarxiyada yig'ilgan bir nechta sahna ob'ektlari yoki elementar ob'ektlar mavjud. V-REP da quyidagi sahna ob'ektlari qo'llab-quvvatlanadi:
– Bo‘g‘inlar: bo‘g‘inlar ikki yoki undan ortiq sahna obyektlarini bir-uch erkinlik darajasiga (masalan, prizmatik, aylanma, vintsimon va boshqalar) bog‘laydigan kinematik pastki juftliklardir.
– Yo‘llar: yo‘llar kosmosda murakkab harakat ta’riflariga imkon beradi (erkin birlashtiriladigan tarjimalar, aylanishlar va/yoki pauzalar ketma-ketligi) va payvandlash robotining mash’alini oldindan belgilangan traektoriya bo‘ylab boshqarish yoki masalan, konveyer tasmasi harakatiga ruxsat berish uchun ishlatiladi. Yo'l ob'ektining bolalari ma'lum tezlikda yo'l traektoriyasi bo'ylab harakatlanishiga chek qo'yilishi mumkin.
– Shakllar: shakllar uchburchak toʻr boʻlib, qattiq tanani vizuallashtirish uchun ishlatiladi. Boshqa sahna ob'ektlari yoki hisoblash modullari hisob-kitoblari uchun shakllarga tayanadi (to'qnashuvni aniqlash, minimal masofani hisoblash va boshqalar).
– Kameralar va chiroqlar: kameralar va chiroqlar asosan sahna ko‘rinishini ko‘rsatish uchun ishlatiladi, lekin boshqa sahna obyektlariga ham ta’sir qilishi mumkin (masalan, chiroqlar renderlash datchiklariga bevosita ta’sir qiladi).
– Dummies: qoʻgʻirchoqlar turli vazifalar uchun ishlatilishi mumkin boʻlgan “orientatsiyaga ega nuqtalar” yoki mos yozuvlar ramkalari boʻlib, ular asosan boshqa sahna obʼyektlari bilan birgalikda ishlatiladi va “yordamchilar” sifatida koʻrilishi mumkin.
– Yaqinlik datchiklari: Yaqinlik datchiklari ob'ektlari ba'zi tanlangan sezish nurlari va atrof-muhit o'rtasidagi to'qnashuvni aniqlashdan farqli o'laroq, berilgan aniqlash hajmi [4] (1-rasmga qarang) doirasida aniq minimal masofani hisoblashni amalga oshiradi; shuning uchun sensor/sirt burchaklari tufayli aks ettirish effektlariga imkon beradi.
– Renderlash datchiklari: V-REP-dagi renderlash sensorlari kameraga o'xshash sensorlar bo'lib, simulyatsiya sahnasidan (ranglar, ob'ekt o'lchamlari, chuqurlik xaritalari va boshqalar) murakkab tasvir ma'lumotlarini olish imkonini beradi (1-rasmga qarang). O'rnatilgan filtrlash va tasvirni qayta ishlash filtr elementlari bloklari sifatida kompozitsiyani yaratishga imkon beradi (plaginlar orqali qo'shimcha filtr elementlari bilan). Renderlash sensorlari xom tasvirni olish uchun apparat tezlashuvidan foydalanadi (OpenGL).
– Kuch sezgichlari: kuch datchiklari shakllar orasidagi qattiq bog‘lanish bo‘lib, qo‘llaniladigan kuchlar va momentlarni qayd eta oladi va shartli ravishda to‘yintiradi.
– Tegirmonlar: tegirmonlar sozlanishi mumkin bo'lgan konveks hajmlari bo'lib, ular shakllardagi sirtni kesish operatsiyalarini taqlid qilish uchun ishlatilishi mumkin (masalan, frezalash, lazer bilan kesish va boshqalar).
– Grafiklar: grafiklar bir oʻlchamli maʼlumotlar oqimining katta assortimentini yozib olishi mumkin boʻlgan sahna obyektlaridir. Ma'lumotlar oqimlari to'g'ridan-to'g'ri ko'rsatilishi mumkin (ma'lum turdagi ma'lumotlarning vaqt grafigi) yoki X/Y grafiklarini yoki 3D egri chiziqlarini ko'rsatish uchun bir-biri bilan birlashtirilishi mumkin.

1-rasm. Mobil robot (o'ngda) 5 ta yaqinlik sensori va bitta renderlash sensori bilan jihozlangan. Renderlash sensori bu holatda aniqlash uchun emas, balki LCD panel uchun tekstura yaratish uchun ishlatiladi. (Chapdagi robot modeli K-Team Corp., oʻngdagi robot modeli Cubictek Corp. va NT Research Corp tomonidan taqdim etilgan). 2.2 Calculation Modules

• 
  Sahna ob'ektlari o'z-o'zidan kamdan-kam qo'llaniladi, ular ko'proq boshqa sahna ob'ektlari ustida ishlaydi (yoki ular bilan birgalikda) (masalan, yaqinlik sensori uning aniqlash hajmi bilan kesishgan shakllar yoki dummilarni aniqlaydi). Bundan tashqari, V-REP bir yoki bir nechta sahna ob'ektlarida bevosita ishlay oladigan bir nechta hisoblash modullariga ega. Quyida V-REP ning asosiy hisoblash modullari keltirilgan:
  
• 
  – To‘g‘ridan-to‘g‘ri va teskari kinematik modul: har qanday turdagi mexanizmlar uchun kinematikani hisoblash imkonini beradi (tarmoqli, yopiq, ortiqcha, o‘z ichiga o‘rnatilgan halqalar va boshqalar). Modul soxta teskari sönümli eng kichik kvadratlarni hisoblashga asoslangan [7]. U shartli yechish, susaytiruvchi va og'irlashtirilgan ruxsat va to'siqlardan qochishga asoslangan cheklovlarni qo'llab-quvvatlaydi.Dynamics or physics module: Bullet Physics Library [1] orqali qattiq tana dinamikasini hisoblash va o'zaro ta'sirni (to'qnashuvga javob berish, tushunish va h.k.) boshqarish imkonini beradi.
  
• 
  – Yo‘lni rejalashtirish moduli: Rapidly-exploring Random Tree (RRT) algoritmidan [6] olingan yondashuv orqali golonomik yo‘lni rejalashtirish vazifalarini va golonomik bo‘lmagan yo‘lni rejalashtirish vazifalarini (avtomobilga o‘xshash transport vositalari uchun) imkonini beradi.
  
• 
  – To‘qnashuvni aniqlash moduli: har qanday shakl yoki shakllar to‘plami o‘rtasida tezkor shovqinlarni tekshirish imkonini beradi. Majburiy emas, to'qnashuv konturini ham hisoblash mumkin. Modul tezlashtirish uchun Oriented Bounding Boxes [5] ikkilik daraxtiga asoslangan ma'lumotlar tuzilmalaridan foydalanadi. Vaqtinchalik kogerentlik keshlash texnikasi yordamida qo'shimcha optimallashtirishga erishiladi.
  
• 
  – Minimal masofani hisoblash moduli: istalgan shakl (qavariq, konkav, ochiq, yopiq va h.k.) yoki shakllar to‘plami o‘rtasidagi minimal masofani tez hisoblash imkonini beradi. Modul to'qnashuvni aniqlash moduli bilan bir xil ma'lumotlar tuzilmalaridan foydalanadi. Vaqtinchalik kogerentlik keshlash texnikasi yordamida qo'shimcha optimallashtirishga ham erishiladi.
  
• 
  

– Dinamik yoqilgan barcha sahna obyektlarida bevosita ishlaydigan dinamika yoki fizika modullaridan tashqari, boshqa hisoblash modullari modul qaysi sahna obyektlarida va qanday ishlashini koʻrsatuvchi hisoblash vazifasi yoki hisoblash obyektining taʼrifini talab qiladi. Agar foydalanuvchi, masalan, A shakli va B shakli orasidagi minimal masofani avtomatik ravishda hisoblab chiqmoqchi bo'lsa va hatto yozib qo'yilishi ham mumkin bo'lsa, u holda parametr sifatida A shakli va B shakliga ega bo'lgan minimal masofa ob'ekti belgilanishi kerak. 2-rasmda V-REP ko'rsatilgan. asosiy sahna ob'ektlari va hisoblash modullarini o'z ichiga olgan odatiy simulyatsiya tsikli

2-rasm. V-REPda simulyatsiya davri.