基于ROS搭建简易软件框架实现ROV水下目标跟踪(五)–机械模型文件

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2020年10月27日 09时22分

水下平台,如ROV,AUV等的机械结构通常会随着配件的变化而变化。比如,改变推进器的布局,添加重量比较大的传感器等。机械结构的变化反过来会影响运动控制。因此,在设计软件架构时,将机械参数在程序中写死是非常不合理的。根据机械模型设计配置文件,供程序加载是比较理想方案。

 

机械模型反应推进器布局等,是根据机器人运动需求进行推力分配的关键。在具体解析的基础控制框架的程序之前,我们应需要理解程序框架需要加载的机械模型文件。我们在solidworks等设计软件中设计水下平台,各种机械参数可以通过设计软件很容易得到。

 

模型文件对应的存储路径为cabin_controllers/cfg/。不妨以我使用的Bluerov2 Heavy版的机械模型文件为例,文件名为bluerov_heavy_properties.yaml。模型参数是我在网上找的Bluerov2 Heavy版的CAD模型文件在solidworks读取得到的,虽然不太准确,但也能使用。

 

实际上理解模型参数文件的核心就是处理好各部分的坐标系与机器人坐标系及世界坐标系的映射关系。

一、推进器

我们首先来看T200推进器在空间初始状态相对于世界坐标系O的初始状态:

 

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设定该推进器的桨叶为CW(clockwise顺时针),即电机驱动桨叶顺时针旋转时提供推力F方向如上图所示,逆时针旋转时提供推力与上图F方向相反。若桨叶为CCW(counter clockwise逆时针),则电机驱动桨叶逆时针旋转时提供的推力F方向如上图,顺时针旋转时则相反。这是我们在计算PWM波控制电机旋转时需要考虑的。

 

在模型文件中,我们这样来描述一个推进器:
1、id:序号;
2、name:简称;
3、type:桨叶类型,0为CCW,1为CW;
4、enable:是否启用;
5、pose:推进器空间姿态[x,y,z,yaw,pitch],表示推进器由初始状态平移[x,y,z],旋转[yaw,pitch]。

若干个推进器组成文件中的推进器矩阵thrusters:[]。

我们再来看Bluerov2 Heavy版的推进器布局,引自ardusub官网(http://www.ardusub.com/introduction/features.html)。

 

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其中,绿色为CW,蓝色为CCW。

其与程序中的变量名称对应关系为:

1->VPF;

2->VSF;

3->VPA;

4->VSA;

5->HPF;

6->HSF;

7->HPA;

8->HAS。

 

以1号推进器为例:

id为0;

name为VPF;

enable:启用;

pose:[0.0081, 0.0567, 0.1043, -135.0, 0.0]

推进器在空间中相对于世界坐标系的位置为[0.0081m, 0.0567m, 0.1043m];

推进器在偏航方向(yaw),即绕z轴旋转了-135度。

二、机器人整体参数

mass:机器人质量,(kg);

center_of_mass:质心在空间中相对于世界坐标系位置,(m);

inertia: 惯性张量[Ixx,Iyy,Izz],(kg*m^2);

注:我机械也不太擅长,不太理解惯性张量,故后面程序中与惯性张量有关的公式可能理解得不透彻。

三、传感器空间位置(在我的测试中我没有配置传感器)

dvl:[x,y,z,yaw],dvl相对世界坐标系姿态,(m,deg);

imu:[x,y,z],imu相对世界坐标系位置,(m);

四、其它

depth_fully_submerged:完全没入水中的深度,(m);

注:当机器人完全没入水中时,需要启动定深,推进器需提供推力抵消浮力的影响。

 

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