Проектирование и моделирование роботов в среде Дин-Софт РобСим 5 Евстигнеев Д.В.

RobSim – средство моделирования и проектирования роботов

Дин-Софт РобСим 5 1.Дин-Софт – личный бренд Евстигнеева Д.В., как индивидуального предпринимателя. 2.НИКИМТ ИТУЦР, совместно с которым разрабатывался RobSim4, сделал свой RobSim5. 3.Чтобы не путать робсимы, новый РобСим будет называться «Дин-Софт РобСим 5».

В чем различия нового RobSim5 и старого RobSim4 Цель – быстрое моделирование роботов Не работает на новых операционных системах Цель – обучение проектированию роботов, включая электрические схемы и программное обеспечение Полностью переделанный графический и физический движок, адаптированный под новые и старые компьютеры Старый RobSim 4 Новый Дин-Софт РобСим 5

Что нового в Dyn-Soft RobSim 5? По-прежнему для разработки моделей используется 3D Studio MAX, однако с новым, более удобным плагином

База данных компонентов Двигатели, датчики и прочие устройства выбираются исключительно из базы данных В базе данных есть изображение изделия, цена, ссылка на документацию и продавца Студенты больше не могут делать микродвигатели с мощность ракеты «Протон»

Редактор электрических схем и подключений Цель нововведения - студенты должны понимать внутреннее устройство робота

Редактор структурных схем программного обеспечения Разделение задач между пультом управления, бортовой ЭВМ и микропроцессорами приводного уровня

Редактор печатных плат и их принципиально-электрических схем

Редактор структурных схем программного обеспечения для микропроцессоров Настройка и использование аппаратных ресурсов микропроцессоров

Редактор пульта управления

Особенности редактора структурных схем программного обеспечения Наличие типов данных (bool, char, short, int, float, double, и т.д.) Актуально при разработке ПО для микропроцессоров Дробная и целочисленная реализация звеньев ТАУ Актуально для создания быстродействующих регуляторов Учет быстродействия и объема памяти микропроцессоров Актуально для микропроцессоров Организация протоколов обмена данными Построение протоколов обмена данными по WiFi, COM-портам, RS-485 и т.п. Управление аппаратными ресурсами моделируемых ЭВМ Изучение микропроцессоров, не программируя их.

Возможность моделирования алгоритмов интеллектуального управления Стереозрение «Детектор дороги» по изображению с одной камеры на подобии системы управления БПЛА в НИР «Бластер» Дальномеры Инерциальная система Модуль GPS/ГЛОНАСС Источники сенсорной информации: Интеллектуальные системы на базе: Построитель локальной карты местности Нечеткая логическая система Виртуальная машина с компилятором языка JavaScript Простой С++-подобный объектно-ориентированный язык для написания алгоритмов поведения DLL-пользователя на C++ или Delphi

Режим испытания Испытания робота на тестовых сценах Режим «Игра» Игру можно пройти только на работающем роботе

Расширения OpenGL Совместимость со старыми и новыми компьютерами Мультитекстурирование Статические и динамические тени Эффект отражения мира Эффект Bump Эффект Reflection Эффекты воды и травы и пр. Качественная 3D-графика

Роботом теперь управляет виртуальный оператор Оператор может подойти к роботу, включить его или выключить. Иногда, оператора даже видно в камере робота

Структура Dyn-Soft RobSim 5 3D Studio MAX База данных электронных компонентов Редактор электрических схем и подключений Редактор печатных плат Редактор принципиально- электрических схем Редактор алгоритмов программного обеспечения Внешние плагины Модуль 3D-визуализации Сцены Роботы Игровой сюжет Звуки и музыка Фильмы и слайд-шоу Схемы Текстуры Средства разработки

Защита от «Списывания» студентов 1.Каждый студент называет робота своей фамилией. 2.Первое название, под которым сохранен робот, запоминается в файле модели. 3.При запуске проверяется соответствие названия файла и его первого названия. Если они не совпадают, то в режиме «Испытания» выдается предупреждение, а режим «Игра» не запускается. 4.В результате, если робот студента при запуске выдает предупреждение, то робота он делал не самостоятельно. 5.Если студент Иванов сдает робота, который называется Петров, то также факт «списывания» на лицо.

Документация и учебные пособия ПРОЕКТИРОВАНИЕ РОБОТОВ И РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ Методические указания по проведению лабораторных работ ПРОЕКТИРОВАНИЕ РОБОТОВ И РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ Методические указания по проведению лабораторных работ Проектирование роботов и робототехнических систем в среде Dyn-Soft RobSim 5 Учебное пособие Евстигнеев Д.В. Проектирование роботов и робототехнических систем в среде Dyn-Soft RobSim 5 Учебное пособие Евстигнеев Д.В. Разработка трехмерных моделей в 3D Studio MAX Учебное пособие Евстигнеев Д.В. Разработка трехмерных моделей в 3D Studio MAX Учебное пособие Евстигнеев Д.В.

Особенности распространения Модуль 3D-визуализации – распространяется бесплатно. Средства разработки – на платной основе, защита от копирования. Модуль 3D-визуализации – распространяется бесплатно. Средства разработки – на платной основе, защита от копирования. Для сотрудников каф.ПУ, и студентов каф.ПУ по специальным спискам распространяется бесплатно. Необходимо подать заявку через сайт

Официальный сайт:

Физический движок Дин-Софт РобСим 5

Обзор физических движков В Дин-Софт РобСим 5 собственный физический движок. Физический движок – самостоятельная программная библиотека (обычно с интерфейсом на С++) для создания и моделирования физических взаимодействий объектов и механизмов в реальном времени. Физический движок – это не программный комплекс типа Euler, UmLab и т.п. В Дин-Софт РобСим 5 собственный физический движок. Физический движок – самостоятельная программная библиотека (обычно с интерфейсом на С++) для создания и моделирования физических взаимодействий объектов и механизмов в реальном времени. Физический движок – это не программный комплекс типа Euler, UmLab и т.п. ODE (игра «С.Т.А.Л.К.Е.Р.»). –Бесплатный физ.движок. –Проблемы: на простейших примерах показывает свою несостоятельность. PhyX (игра «МЕТРО 2033»). –Условно бесплатный. –Аппаратная поддержка на видеокартах NVIDIA и игровых приставках XBox 360. –Проблемы: Ограниченный такт моделирования. Отсутствие поддержки сложных механизмов. Подходит только для игр. Havok (игры «Control-Strike», «Half Life 2»). –Так и не попробовал. Проблемы те же, что и у PhyX. ODE (игра «С.Т.А.Л.К.Е.Р.»). –Бесплатный физ.движок. –Проблемы: на простейших примерах показывает свою несостоятельность. PhyX (игра «МЕТРО 2033»). –Условно бесплатный. –Аппаратная поддержка на видеокартах NVIDIA и игровых приставках XBox 360. –Проблемы: Ограниченный такт моделирования. Отсутствие поддержки сложных механизмов. Подходит только для игр. Havok (игры «Control-Strike», «Half Life 2»). –Так и не попробовал. Проблемы те же, что и у PhyX.

Структура звена – главного элемента физ.движка Масса Локальный центр масс Матрица тензора инерции Радиус описанной сферы звена Радиус описанной сферы модели Иерархия привязанных геометрических объектов Основной объект звена … … Массив объектов «Тело» (поверхностей столкновения), аппроксимирующих звено Дочерние звенья … Массив устройств (Двигатели, датчики и т.п.) Свойства звена Дин. Параметры звена Масса иерархии звеньев. Глобальный центр масс иерархии звеньев. Вектор вращательных и поступательных ускорений. Вектор вращательной и поступательной скорости. Матрица мирового преобразования 4x4.

Типы звеньев и механизмов Модель (6 степеней свободы) Ось Линейное звено Пружина Демпфер 4-х звенный механизм 3-х звенный механизм Колесо Гусеница Управляемые двигателями Формируются автоматически путем анализа иерархии звеньев, заданной пользователем

Типы поверхностей столкновения box сфера цилиндр капсула mesh

Алгоритм расчета динамики 1.Расчет электрических схем 2.Обновление центров масс объектов 3.Приложение сил и моментов 4.Расчет скоростей звеньев 5.Расчет столкновений 6.Расчет положений звеньев 7.Расчет кинематики

1. Расчет электрических схем Метод эквивалентного генератора Способ моделирования цифровых сигналов с частотой выше частоты тактов моделирования: –Расчет по логической «1». –Расчет по логическому «0». –Учет логической формы сигнала (ШИМ, данные RS- 232 и т.п.) +- R U, G U0, G0 type signal

2. Обновление центров масс

3. Приложение сил и моментов fifi M2M2 r2r2 M1M1 r1r1 r0r0 F0F0 M0M0 Применяется эквивалентная схема распределения усилий по звеньям робота. Ур.Лагранжа II рода

4. Расчет скоростей Расчет ускорений, вызванных приложенными силами (a=F/m; =M/J) –К массам и инерциям добавляется инерция двигателей. Добавление к ускорению следующих ускорений: –Ускорения свободного падения; –Центробежного ускорения; –Ускорений, вызванных движением родительского звена. Учет сил и моментов трения. –Сила (момент) трения покоя (противодействует действующей силе, если скорость близка к нулю). –Динамическая сила (момент) трения. Интегрирование ускорений, расчет скоростей ( v = v 0 + a· t; ω = ω 0 + · t ).

5. Расчет столкновений Оптимизация поиска столкновений Разбиение объектов сцены на модели: Если сферы, описывающие модели, пересекаются, тогда производится детальный поиск. Разбиение моделей на звенья: Если сферы, описывающие звенья, пересекаются, только тогда производится детальный поиск Использование сфер объектов «Тело»: Если сферы, описывающие тела, пересекаются, только тогда производится поиск столкновения двух тел Оптимизация поиска столкновения в Mesh: Использование сферы всего Mesh, сферы группы полигонов, сферы полигона. Заранее просчитаны параметры уравнения плоскости полигонов

Алгоритм расчета столкновений Поиск точек столкновения тел. Вычисление эквивалентной массы и импульса в каждой точке столкновения. Понятие «кожа» для демпфирования столкновений Поиск эффективной точки столкновения, как средневзвешенного положения всех точек столкновения звеньев (взвешивание величиной импульса). Поиск эквивалентной массы и скоростей в эффективной точке столкновение и расталкивание (по скорости и по положению) группы звеньев по формулам нецентрального удара. P1P1 P2P2 P3P3 P4P4 v 1, m 1 v 2, m 2

6. Расчет положений Интегрирование скоростей, расчет положений (p=p 0 + v· t; φ= φ 0 + ω· t) Учет ограничений на перемещение звеньев

7. Расчет кинематики Расчет кинематики сложных механизмов

Режим «сна» Как и в большинстве физических движков (PhyX, ODE), в Дин-Софт РобСим 5 применяется режим «Сна» звеньев. Позволяет не производить расчет динамики объектов, которые находятся в состоянии покоя.

Официальный сайт: