V-Rep 挖掘机 1

实习

简介

Matlab 脚本向 V-Rep 中的挖掘机发送控制信号的简单上手指南。

在 V-Rep 中建立测试场景

1. 菜单 File -> New Scene

2. 新建挖掘机

Model Browser -> Vehicles -> excavator.ttm

将其拖放至场景中的地板上。

3. 删除原有脚本 (或者直接删除脚本文件内全部程序)

在 Scene Hierarchy 中找到 Excavator，右键点击其右侧的脚本标志。
在弹出菜单中选择 Edit -> Remove -> Associate Child Script

4. 新建脚本

在 Scene Hierarchy 中找到 Excavator，右键点击。
在弹出菜单中选择 Add -> Associate Child Script -> Non Threaded

5. 脚本结构

新添加的 Lua 脚本中，预先放好了几个 if 语句块，代表不同的系统回调。
其中：

if (sim_call_type==sim_childscriptcall_initialization) then
end

是初始化过程，只会在场景启动的时候执行一次。

if (sim_call_type==sim_childscriptcall_actuation) then
end

是相当于主循环过程中的控制部分，是每帧都执行的程序。
其他2部分分别是 Scensing 和 Cleanup，暂时不用。

6. 添加 V-Rep 端程序

这里我们只示例控制铲斗的过程，其他的挖机臂是类似的情况。
程序主要参考了其自带的UI控制程序（已经删除的脚本）。

首先在 sim_childscriptcall_initialization 的 if 块中添加初始化内容

if (sim_call_type==sim_childscriptcall_initialization) then
    excavatorHandle=simGetObjectAssociatedWithScript(sim_handle_self)
    -- 得到控制铲斗的液压缸 Object
    piston4=simGetObjectHandle('Piston4')
    -- 得到铲斗液压缸的运程范围
    -- piston4Range是含有2个元素的数组
    -- 范围从 piston4Range[1] 到 piston4Range[2]
    c,piston4Range=simGetJointInterval(piston4)
    -- 得到初始状态下，铲斗液压缸位置在运程中的百分比
    current_piston4 = (simGetJointPosition(piston4)-piston4Range[1])/piston4Range[2]
    -- 建立铲斗液压缸移动目标变量
    target_piston4 = current_piston4
    -- 定义跟 Matlab 端的通信接口
    simExtRemoteApiStart(19999)
end

添加驱动部分内容

-- 一次执行只是一帧中的运算，因此这里是根据（上一帧位置，最终目标位置，速度）等这些参数
-- 计算出这一帧里，delta 位移的大小，进而设置下一帧的位置。
if (sim_call_type==sim_childscriptcall_actuation) then
    -- 当前帧时间
    ts=simGetSimulationTimeStep()
    -- 模型基本缩放（？）
    s=simGetObjectSizeFactor(excavatorHandle)
    -- Joint 的速度限制
    maxPiston4Vel=0.1*s
    -- Piston 4:
    -- 目标位置
    pistonTargetPos=s*(piston4Range[1]+piston4Range[2]*target_piston4)
    -- 当前位置
    current_piston4=simGetJointPosition(piston4)
    -- Delta 位置
    dx=(pistonTargetPos-current_piston4)
    if math.abs(dx)>maxPiston4Vel*ts then
        dx=maxPiston4Vel*ts*dx/math.abs(dx)
    end
    -- 设置当前帧铲斗液压缸的位置
    simSetJointPosition(piston4,current_piston4+dx)
end

添加远程控制接口

这是给Matlab端调用的自定义函数
参考 V-Rep 自带文档的 《Extending the Remote API》

这里我们需要Matlab指定一个浮点数（液压缸目标位置百分比），将其赋值给target_piston4

在脚本最末尾添加如下函数定义：

remoteSetPiston4=function(inInts,inFloats,inStrings,inBuffer)
    target_piston4 = inFloats[1]
    return {},{},{},''
end

7. Matlab 端部署

7.1 工程目录

新建一个目录当作【工程目录】。
将 V-Rep 安装目录下，比如：

C:\Program Files\V-REP3\V-REP_PRO_EDU\programming\remoteApiBindings\matlab

中的

remApi.m
remoteApiProto.m
remoteApi.dll

拷贝到新的工作目录中。
注意这个 dll，32位或64位，必须跟 Matlab 的位数对应。

7.2 控制脚本

打开 Matlab，新建脚本，保存在【工程目录】中。
脚本内容：

function myTest1()
    vrep = remApi('remoteApi');
    vrep.simxFinish(-1);
    % 这里的端口号必须和 V-Rep 端声明的相同（比如 19999）
    clientID = vrep.simxStart('127.0.0.1',19999,true,true,5000,5);
    if (clientID > -1)
        disp('Test1 connected to V-Rep');
        pause(2);
        % 调用远程控制接口 'remoteSetPiston4'
        % @clientID， simxStart 返回的通信句柄
        % @'Excavator': V-Rep 场景中，脚本挂载的 Object （挖掘机）
        % @vrep.sim_scripttype_childscript：函数的载体是 child script
        % @'remoteSetPiston4': 远程函数名，在 V-Rep 脚本中定义
        % @[],[1],[],[]： 4 个输入参数，分别是int数组，float数组... 这里我们用 float 数组
        % @vrep.simx_opmode_blocking: 阻塞模式通信
        vrep.simxCallScriptFunction(clientID,'Excavator',vrep.sim_scripttype_childscript,'remoteSetPiston4',[],[1],[],[],vrep.simx_opmode_blocking);                
    else
        disp('Failed connecting to remote API server');
    end
    vrep.delete();
    disp('Ended.');    
end

8. 运行

V-Rep 中启动新建场景。
Matlab 中运行脚本。
看 V-Rep.

铲斗应该会从这个姿势：

运动到（液压缸位置百分比位1的位置）：

附录A 完整的 V-Rep 脚本

-- DO NOT WRITE CODE OUTSIDE OF THE if-then-end SECTIONS BELOW!! (unless the code is a function definition)
if (sim_call_type==sim_childscriptcall_initialization) then
    excavatorHandle=simGetObjectAssociatedWithScript(sim_handle_self)
    piston4=simGetObjectHandle('Piston4')
    c,piston4Range=simGetJointInterval(piston4)
    current_piston4 = (simGetJointPosition(piston4)-piston4Range[1])/piston4Range[2]
    target_piston4 = current_piston4
    simExtRemoteApiStart(19999)    
end
if (sim_call_type==sim_childscriptcall_actuation) then
    ts=simGetSimulationTimeStep()
    s=simGetObjectSizeFactor(excavatorHandle)
    maxPiston4Vel=0.1*s
    -- Piston 4:
    pistonTargetPos=s*(piston4Range[1]+piston4Range[2]*target_piston4)
    current_piston4=simGetJointPosition(piston4)
    dx=(pistonTargetPos-current_piston4)
    if math.abs(dx)>maxPiston4Vel*ts then
        dx=maxPiston4Vel*ts*dx/math.abs(dx)
    end
    simSetJointPosition(piston4,current_piston4+dx)
end
if (sim_call_type==sim_childscriptcall_sensing) then
    -- Put your main SENSING code here
end
if (sim_call_type==sim_childscriptcall_cleanup) then
    -- Put some restoration code here
end
remoteSetPiston4=function(inInts,inFloats,inStrings,inBuffer)
    target_piston4 = inFloats[1]
    return {},{},{},''
end

附录B 完整的 Matlab 脚本

function myTest1()
    vrep = remApi('remoteApi');
    vrep.simxFinish(-1);
    clientID = vrep.simxStart('127.0.0.1',19999,true,true,5000,5);
    if (clientID > -1)
        disp('Test1 connected to V-Rep');
        pause(2);
        vrep.simxCallScriptFunction(clientID,'Excavator',vrep.sim_scripttype_childscript,'remoteSetPiston4',[],[1],[],[],vrep.simx_opmode_blocking);                
    else
        disp('Failed connecting to remote API server');
    end
    vrep.delete();
    disp('Ended.');    
end