Webots+ROS学习记录（5）——用Webots仿真六轮山地车

之前潦草记录了6轮全地形山地车得仿真过程，自己又自学了几天Webots，更改了一下模型，仔细修改了一下物理参数，现在重新写一篇文章来记录此山地车得仿真过程。与此同时，我也在学习ROS和Webots的通信，其中又很多service上的内容我不太熟悉，熟悉后会继续写ROS联合仿真相关的。

山地车情况

准备搭建的小车整车长约4.4米，宽约2米，高约1.4米，重量约2000Kg，如图所示。整车轮距约1.6米，轴距约1.6米。

设计思路

山地车要满足跨越障碍、跨越沟壑的山地使用条件，所以对其进行受力分析后，采取最简单的每个轮子都有悬架，都为轮毂电机驱动的方案。当山地车跨越障碍时，前轮靠后轮的正向压力产生的驱动力可以向上爬坡。

对每个轮子单独的控制可以更加精确的控制车速、方向，以适应在沙石底面的行走。

车体

首先搭建山地车的车体，长方体。要注意，和学习记录（3）不同的是，这里我们选用的是Transform而非Shape，有它作为基坐标，对后续的车轮、车腿的位置的确定有很大的便利。

1. Geometry-box-size （4.4 1.4 2）
2. PBRAppearance中可以调整仿真的材质、颜色等，我选了一个自己认为比较好看的url，为textures/steel_floor.jpg。

左前轮

左前轮分为两个部分，一个是用于悬架的HingeJoint，一个是用于轮胎的HingeJoint，中间用摇臂连接。

• 用于悬架的Front_Left_Joint
  当HingeJoint用于非电机的设备（单纯的旋转部件）时，应该把device设置为空缺。
  
• JointParameters是对该旋转部件的参数设置

其中axis是是该旋转部件绕哪个轴旋转，anchor是只该旋转部件的旋转原点位置mim/max stop是最大旋转量，springConstant是绕旋转轴的弹性系数，dampingConstant是绕旋转轴的阻尼系数。SuspensionSpringConstant和SuspensiondampingConstant是在suspensionAxis上的悬架的弹性系数和阻尼系数。

我们是要让这个旋转部件做一个悬架，所以应该设置springConstant和dampingConstant两个参数为合适值，然后订好最大最小形变量。Anchor一会儿再设置。

• 接下来将endPoint设置为solid，这就是旋转部件的实体。
  

将旋转部件的实体的translation设置在合适的位置，与此同时这个值（0.8 -0.3 -1.1）设置为上面JointParameters中anchor的值。

• 子节点

这个实体节点包含两个子节点，一个是它的形状，一个是它末端的轮胎的hingeJoint节点，先说形状。

形状我们先用transform来构建，因为设计到旋转，所以选用transform。这里的构建方法和车体的方法一样，要注意坐标的相对关系。

2. 用于轮胎的Front_Left_Wheel_Joint
   HingeJoint轮胎的参数和学习记录（3）的设置过程一样，这里把截图贴上来。
   
   

在device里面首先要注意name字段的填写，填写name字段才能在控制器里面调用。其次是最大速度，要保证最大速度大于控制器里面的速度。然后是最大扭矩。这些都是和车轮旋转相关的参数。

前后四轮的搭建方式都差不多，就不再列出来了

中轮

中轮也是由两个部件组成，一个构成悬架，一个构成轮胎，中间由刚体腿连接。

1. 在这里我把中间轮腿当作一个刚体，所以用了solid节点。

Solid节点包含两个子节点，一个是leg的形状，一个是轮子的电机。形状节点就不再赘述了。

2. 轮子HingeJoint节点

轮子HingeJoint节点要注意的是，在webots里HingeJoint可以选择是一个悬架，只需要修改SuspensionSpringConstant和SuspensiondampingConstant以及suspensionAxis三个参数就行。

suspensionAxis设置为（0 0.15 0），意思是悬架在Y轴的行程为0.15m。

两个中间轮都是差不多的搭建方法。

boundingObject的设置

boundingObject是实体的边界定义，一般来说，在仿真里面，边界不应该定义得太过复杂，以避免计算出错。在我的模型中，都是以给对应形体的transform填入DEF，然后再boundingObject里面使用USE选择。

遇到的问题

1. 车体陷下地面
   不知道大家在仿真的时候有没有遇见过车体陷下地面的情况。这是由于Webots的world设置问题。

在worldInfo里面，有一个CFM参数，这个参数和物体的柔软度相关。将其改小，就能修改减少物体下陷的情况。

2. 车头上扬
   起步的时候，会有车头上扬的情况，这是由于汽车加速时，作用于悬架的向前的力的作用点比车的重心低。所以，不管前驱后驱，加速时车头都会上扬。相反，制动时车会点头。这问题是不分驱动形式的。悬架越软，重心越高的车这种现象越明显。至于轴荷转移是这种现象的结果。

我的处理方式是将车的重心调低。

控制器的编写

控制器大概用到了三个函数

wb_motor_set_position(wheels[i], INFINITY);
wb_motor_set_velocity(wheels[i],
SPEED); 
wb_keyboard_get_key()

之后会总结更多的函数用法，专门写一篇文章出来。