[mj_robot_sim]多关节机器人仿真软件介绍

news2024/11/17 21:47:43

全称：Multi-Joints Robot Simulator
代码地址：https://github.com/Jelatine/mj_robot_sim

设计目的

个人学习opengl的技术落地尝试
设计一个跨平台、轻量级的机器人仿真软件，方便调试机器人

特性

轻量级，接口简单易用
跨平台，可运行在Windows、Linux环境
通过glfw3、glad和glm搭建opengl三维显示窗口
使用URDF加载机器人数据，其中通过urdfdom库解析URDF文件，assimp库导入模型文件
支持多窗口同时显示

依赖库

glad
glfw3
glm
assimp
urdfdom

建议使用vcpkg安装

vcpkg install glad
vcpkg install glfw3
vcpkg install glm
vcpkg install assimp
vcpkg install urdfdom

编译

使用CMAKE_TOOLCHAIN_FILE指定本机vcpkg.cmake路径，以下/path为示例

mkdir build
cd build
cmake .. -DCMAKE_TOOLCHAIN_FILE=/path/vcpkg/scripts/buildsystems/vcpkg.cmake
cmake --build .

接口

构造函数

/**
 * 多关节机器人仿真软件接口
 * @param _urdf URDF文件路径
 */
explicit MJRobotSim(const std::string &_urdf);

启动窗口界面

/**
 * 启动仿真界面
 * @return -1 模型加载失败, >=0 可动关节数量(REVOLUTE,CONTINUOUS,PRISMATIC)
 */
int start();

获取关节数量

/**
 * 获取可动关节数量(REVOLUTE,CONTINUOUS,PRISMATIC)
 * @return 关节数量
 */
unsigned int size() const;

通过关节索引获取/设置关节值

/**
 * 获取/设置关节值，单位: 旋转关节-度(°);平移关节-米(m)
 * @param index 关节索引
 * @return 关节值的引用
 */
double &operator[](const unsigned int &index);

通过关节名称获取/设置关节值，假设urdf关节定义为<joint name="joint_a1" type="revolute">，通过sim["joint_a1"]=30;设置

/**
 * 获取/设置关节值，单位: 旋转关节-度(°);平移关节-米(m)
 * @param name 关节名称
 * @return
 */
double &operator[](const std::string &name);

退出状态查询

/**
 * 退出状态
 * @return 1 运行中, 0 正常退出, -1 模型加载失败, -2 窗口加载失败
 */
int exit_status() const;

例程

最简例程

#include "mj_robot_sim.h"
#include <thread>

int main() {
    MJRobotSim sim("urdf/ur5.urdf");
    sim.start();
    while (sim.exit_status() > 0) {
        for (unsigned int i = 0; i < sim.size(); ++i) { sim[i] += 0.1; } // 关节运动测试
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(10));
    }
}

多窗口

#include "mj_robot_sim.h"
#include <thread>

int main() {
    MJRobotSim sim("urdf/ur5.urdf");
    sim.start();
    MJRobotSim urdf_tutoral("urdf_tutorial/urdf/07-physics.urdf");
    urdf_tutoral.start();
    MJRobotSim abb("abb/abb_irb2400_support/urdf/irb2400.urdf");
    abb.start();
    int running_count{0};
    do {
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(10));
        running_count = 0;  // 从零开始计算运行窗口个数
        for (unsigned int i = 0; i < sim.size(); ++i) { sim[i] += 0.1; }
        running_count += (sim.exit_status() > 0) ? (1) : (0);
        for (unsigned int i = 0; i < urdf_tutoral.size(); ++i) { urdf_tutoral[i] += 0.1; }
        running_count += (urdf_tutoral.exit_status() > 0) ? (1) : (0);
        for (unsigned int i = 0; i < abb.size(); ++i) { abb[i] += 0.1; }
        running_count += (abb.exit_status() > 0) ? (1) : (0);
    } while (running_count > 0);
}

仓库Demo的编译选项

可通过编译选项USE_URDF_TUTORIAL,USE_ABB_IRB2400,USE_KUKA_LBR_IIWA测试example/mjr_sim_demo.cpp的多窗口显示，如下图所示：

cmake .. -DUSE_URDF_TUTORIAL=ON -DUSE_ABB_IRB2400=ON -DUSE_KUKA_LBR_IIWA=ON

问题&解决

Ubuntu16.04 通过vcpkg安装glfw3时提示Build error
原因：需要其他依赖库[glfw3] Build error #30144
解决：sudo apt install libxinerama-dev libxcursor-dev xorg-dev libglu1-mesa-dev pkg-config
Ubuntu16.04 通过vcpkg安装assimp时提示‘abs’ was not declared in this scope
原因：assimp库需要c++17标准
解决：升级编译工具
Ubuntu16.04 通过vcpkg安装urdfdom时提示urdfdom/tinyxml build failure
原因：curl版本太低或不支持ssl
解决：安装最新版本curl及openssl