Webots入门指南：机器人仿真的新世界

学习完gazebo如何控制机器人后转为学习webots。

主要参考了CSDN：全网最全的Webots资料在这里
https://blog.csdn.net/weixin_43455581/article/details/108711611
https://blog.csdn.net/crp997576280/category_9855084.html
官网的很多例题，并给出了简介，需要什么功能照着简介找对应的就可以了

具体内建控制器怎么写，建模怎么弄，可以参考webots软件自带的例程webtos/projects/samples

名词介绍，这里的世界文件为.wbt，而不是.world。且devices包含以前的执行器和传感器等。

新建工程目录，不要直接直接在原来的webots目录下，这样由于webots保护，无法创建一些文件。

wizard->new project directory。然后再进行下面的步骤

自带的机器人都被封装了，需要右键转换成基本节点才能见到内部的构成

如何创建一个机器人

• 类似gazebo内带的构建机器人方法一样，可以用可视化的模型树建模。当然比较简单了。
• 使用solidworks导出三维模型 模型.wrl .stl等，可以在webot中file->import。然后进行webots中的零部件装配。gazebo让人诟病的就是零部件装配全靠手动写xacro等建模文件，否则很不精确。
• 使用urdf2webots功能包，将urdf转为proto(VRML语言)格式，proto类似gazebo使用的sdf(xml语言)格式一样是仿真软件自己指定的仿真描述文件。详情github搜urdf2webots就可以下载，然后进入包输入pip install -r requiredments.txt 安装，输入 phthon demo.py --input=xxx.urdf。得到当前终端目录下有一个叫xxx.pr中to的文件。然后在webots中按加号插入模型，在PROTO nodes(Current Project)中导入当前工程路径下的protos文件夹下。重新打开该窗口就可以发现有一个模型只做到这这步，下次再打开模型就消失了。需要转换其为基本节点：点击模型->covert to base node(s)

新建世界

file->new world。会出现一片漆黑，然后左边场景树。一个是worldinfo一个是viewpoint。点击场景树中的选项，其下方有个参数编辑区，截图修改场景树中模型或属性的数值。其中worldinfo就类似gazebo中的world，定义了一堆世界信息比如重力加速度、仿真步长等。

ctrl+shift+A或直接按下图加号可以插入模型

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• 地面：PROTO nodes(Webots Projects)->objects -> floors
• 光源：点光源、平行光源、锥形光源。分别存在 Base nodes -> pointLight/DIrctionLight/SpotLight

创建环境物体

先插入solid节点，然后点击场景树中solid，选中其children，添加shape。appearance是gazebo中的纹理textures，而geometry描述实体形状。点击geometry添加一个sphere球(也可以添加mesh网格)。此时geometry 后出现Sphere，然后点开可以修改半径和细分度。然后为appearance添加纹理，双击textures，添加imageTextures。在纹理图片中的url属性中选择纹理图片路径

image.png

。

现在只是有可视形状(对应gazebo中vision)。还没有物理属性，所以无法对仿真做出动作响应。点击physics，添加physics节点，然后可以设置 质量、密度(mass density二选一，其中一个必须为-1)。这样他就有了物理属性，但是有物理属性后，他还没有碰撞实体，现在只有shape这个现实外形。因此对boundingObject(类似collision)进行设置。可以直接复制vision也就是children中的shape属性给他使用

image.png

控制器代码， wizard-> new robot_controller 创建对应语言的控制器文件。具体查看博客内容作为控制代码模板。然后在机器人的controller中选择对应控制器。  其中控制器参数是用来传入程序的入口参数？在webot_ros中用来指定机器人的unique name。

与gazebo和ros通信有gazebo_ros_control一样。webot有webots_ros，其实也是机器人控制器或插件内实现了服务器、数据、话题等并发布到ros网络上。可通过apt安装。但是建议通过clone   https://github.com/cyberbotics/webots_ros 然后重点查看src中的complete_test.cpp和robot_infomation_parser.cpp 前者是api例子，后者是程序模板。而webot.launch 教我们如何通过launch启动webot，其实是运行一个叫webot的python脚本(需要设置成可执行文件权限)。而phthon脚本通过终端命令来启动webots。然后可以向这个默认的webot.launch文件指定.wbt(世界文件)，然后包含这个默认webots.launch文件来编写用户自己的文件来启动webot。

image.png

可能出现  

image.png

只需要export WEBOTS_HOME=~/software/webots 然后重新运行即可。

image.png

场地还是很好看的，以后可以借用一下。

启动后输入rosservice list 可以发现好多服务，可以用来获取各种信息，包括传感器，关节等。这点和gazebo_ros_control 一致。

剩下的怎么写就可以看博客的 ros通信下。包括cmakelist 源码等。代码例程也可以看webots_ros包下的实例代码`robot_infomation_parser.cpp。

比如

CMakeLists中的find_package 加入webots_ros

webots_ros发布的topic/service的名字格式为：robot_unique_name(webots模型中name字段内容+ 进程ID号 + device_name)/ service或topic_name。
而修改controllerArgs字段为 --name=myrobot_name，则可以设置robot_unique_name为一个固定的值，否则程序每次启动进程ID不同影响程序编写通用性。

以下模板不是webots 控制器的代码模板，而是webots+ros中 ros的使用代码。

模板一

#include <signal.h>

#include <locale.h>

#include "ros/ros.h"

#include <std_msgs/String.h>

#include <sensor_msgs/Image.h>

#include <sensor_msgs/LaserScan.h>

#include <sensor_msgs/NavSatFix.h>

#include <tf/transform_broadcaster.h>

#include <webots_ros/set_float.h>

#include <webots_ros/set_int.h>

#define TIME_STEP 32

#define NMOTORS 4

#define MAX_SPEED 4

ros::NodeHandle *n;

static int controllerCount;

static std::vector<std::string> controllerList;

ros::ServiceClient timeStepClient;

webots_ros::set_int timeStepSrv;

static const char *motorNames[NMOTORS] = {"wheel1", "wheel2", "wheel3", "wheel4"};

// 更新速度

void updateSpeed() {

 double speeds[NMOTORS];

   speeds[0] = MAX_SPEED;

   speeds[1] = MAX_SPEED;

   speeds[2] = MAX_SPEED;

   speeds[3] = MAX_SPEED;

 for (int i = 0; i < NMOTORS; ++i) {

   ros::ServiceClient set_velocity_client;

   webots_ros::set_float set_velocity_srv;

   set_velocity_client = n->serviceClient<webots_ros::set_float>(std::string("my_robot/") + std::string(motorNames[i]) +

                                                                 std::string("/set_velocity"));

   set_velocity_srv.request.value = speeds[i];

   set_velocity_client.call(set_velocity_srv);

 }

}

// 获取可用控制器的名称

void controllerNameCallback(const std_msgs::String::ConstPtr &name) {

 controllerCount++;

 controllerList.push_back(name->data);

 ROS_INFO("Controller #%d: %s.", controllerCount, controllerList.back().c_str());

}

//退出函数

void quit(int sig) {

 ROS_INFO("终止节点运行.");

 timeStepSrv.request.value = 0;

 timeStepClient.call(timeStepSrv);

 ros::shutdown();

 exit(0);

}

int main(int argc, char **argv) {

 setlocale(LC_CTYPE,"zh_CN.utf8");

 ros::init(argc, argv, "my_robot", ros::init_options::AnonymousName);

 n = new ros::NodeHandle;

 signal(SIGINT, quit);

 std::string controllerName;

/**********************************************   当作模板即可   ****************************************************/

 // 订阅主题model_name以获得可用控制器列表

 ros::Subscriber nameSub = n->subscribe("model_name", 100, controllerNameCallback);

 while (controllerCount == 0 || controllerCount < nameSub.getNumPublishers()) {

   ros::spinOnce();

   ros::spinOnce();

   ros::spinOnce();

 }

 ros::spinOnce();

// 设置基本仿真步长

 timeStepClient = n->serviceClient<webots_ros::set_int>("my_robot/robot/time_step");

 timeStepSrv.request.value = TIME_STEP;

 // 多控制器时可选

 if (controllerCount == 1){

 controllerName = controllerList[0];

 }

 else {

   int wantedController = 0;

   std::cout << "选择要使用的控制器的编号 :\n";

   std::cin >> wantedController;

   if (1 <= wantedController && wantedController <= controllerCount)

     controllerName = controllerList[wantedController - 1];

   else {

     ROS_ERROR("无效的控制器编号.");

     return 1;

   }

 }

 ROS_INFO("Using controller: '%s'", controllerName.c_str());

 nameSub.shutdown();

/**********************************************  电机模式设置   ****************************************************/

 for (int i = 0; i < NMOTORS; ++i) {

   ros::ServiceClient set_position_client;

   webots_ros::set_float set_position_srv;

   set_position_client = n->serviceClient<webots_ros::set_float>(std::string("my_robot/") + std::string(motorNames[i]) +

                                                                 std::string("/set_position"));

   //设置速度模式

   set_position_srv.request.value = INFINITY;

   if (set_position_client.call(set_position_srv) && set_position_srv.response.success)

     ROS_INFO("motor %s 工作模式为速度模式.", motorNames[i]);

   else

     ROS_ERROR("无法调用motor %s的set_position服务 .", motorNames[i]);

   // 创建速度client

   ros::ServiceClient set_velocity_client;

   set_velocity_client = n->serviceClient<webots_ros::set_float>(std::string("my_robot/") + std::