9、教程-1在Webots中的第一个仿真

第一个教程的目的是熟悉用户界面和Webot的基本概念。您将创建包含一个简单环境的第一个模拟：一个有地板和墙壁的竞技场、几个盒子、一个电子吸盘机器人和一个使机器人移动的控制器程序。

1、创建一个新的世界

“世界”是一个文件，包含对象在哪里、它们看起来像什么、它们如何相互作用、天空的颜色、如何定义对象的重力、摩擦力、质量等信息。它定义了模拟的初始状态。不同的对象称为“节点”，并在“场景树”中按层次组织。因此，一个节点可能包含子节点。世界存储在一个扩展名为.wbt的文件中。该文件格式源自VRML97语言，并且是人类可读的。世界文件必须直接存储在名为worlds的目录中。

选择Wizards->New Project Directory

将目录名取为my_first_simulation，以及世界文件名也一样，选择所有选项；

Webots显示它刚刚创建的目录和文件的列表。这与Webots项目的标准文件层次结构相对应。单击Finish（Windows、Linux）或Done（macOS）按钮关闭此窗口。
祝贺你，你刚刚创建了你的第一个Webots世界！三维视图应该显示一个方格地板的方形竞技场。可以使用鼠标在三维视图中移动视点：左键、右键和轮子。
存储在世界文件中的Webots节点以称为场景树的树结构进行组织。场景树可以在主窗口的两个子窗口中查看：3D视图（位于主窗口的中心）是场景树的3D表示，场景树视图（位于左侧）是场景树木的层次表示。场景树视图是可以修改节点和字段的位置。它当前应列出以下节点：

WorldInfo：包含模拟的全局参数。
Viewpoint：定义主视点摄影机参数。
TexturedBackground：定义场景的背景（如果稍微旋转一点视点，应该可以看到远处的山脉）
TexturedBackgroundLight：定义与上述背景关联的灯光。
RectangleArena：定义到目前为止在该场景中看到的唯一对象。

每个节点都有一些可自定义的属性，称为字段。让我们修改这些字段以更改矩形竞技场：

双击场景树中的RectangleArena节点。这将打开节点并显示其字段。

1.选择“floorTileSize”字段，并将其值设置为0.25 0.25，而不是0.5 0.5。您应该立即在三维视图中看到效果。
2.选择wallHeight字段，并将其值更改为0.05而不是0.1。竞技场的墙现在应该更低了。

在场景树视图中，如果字段与默认值不同，则字段将显示为不同的颜色（取决于主题）。现在，我们想添加一些对象：

双击场景树中的RectangleArena将其关闭并选中。单击场景树顶部的Add+按钮。在打开的对话框中，选择PROTO节点（Webots项目）/objects/factory/containers/WoodenBox（实体）。竞技场中央应该出现一个大盒子。在场景树中双击它以打开它的字段。

1. 将其大小更改为0.1 0.1 0.1，而不是0.6 0.6 0.6
2. 将其平移更改为0 0 0.05，而不是0 0 0.3。或者，可以使用三维视图中显示的蓝色箭头来调整其translation.z字段
3. 现在，按住shift键，在三维视图中单击并拖动长方体，然后将其移动到竞技场的某个角落。
4.  选择该框，然后按ctrl-C、ctrl-V（Windows、Linux）或command-C、command-V（macOS）复制并粘贴。按住Shift键，单击并拖动新框，将其移动到不同的位置。以这种方式创建第三个长方体.
5. 移动箱子，这样竞技场中心就不会有箱子了。也可以使用蓝色旋转箭头沿垂直轴旋转框。这也可以通过用鼠标右键按住shift键并拖动来完成。或者，可以更改场景树中WoodenBox节点的旋转场的角度。
6. 一旦您对结果感到满意，请使用保存按钮保存世界。

使用平移和旋转hangles来移动对象：https://www.cyberbotics.com/doc/guide/the-3d-window?tab-os=linux&tab-language=c++#axis-aligned-handles

添加一个e-puck机器人

电子吸盘是一个小型机器人，有差速器轮、10个LED和几个传感器，包括8个距离传感器和一个摄像头。在本教程中，我们只对使用它的轮子感兴趣。我们将在接下来的教程中学习如何使用其他功能。
现在，我们将向世界添加一个电子吸盘模型。请确保模拟已暂停，并且经过的虚拟时间为0。如果不是这种情况，请使用“重置”按钮重置模拟。
当修改Webots世界以保存时，首先暂停模拟并重新加载到其初始状态是至关重要的，即主工具栏上的虚拟时间计数器应显示0:00:00:000。否则，每次保存时，每个三维对象的位置都可能累积错误。因此，对世界的任何修改都应按以下顺序执行：暂停、重置、修改和保存模拟。
我们不需要从头开始创建电子吸盘机器人，我们只需要导入一个电子吸盘节点。这个节点实际上是一个PROTO节点，就像我们之前介绍的RectangleArena或WoodenBox。原型设计允许您创建自定义对象并重用它们。

选择场景树视图的最后一个节点WoodenBox。单击场景树视图顶部的“添加”按钮。在对话框中，选择PROTO节点（Webots项目）/arobots/gctronic/e-puck/e-puck（Robot）。电子冰球机器人应该出现在场地中央。移动和旋转这个机器人，就像你处理盒子一样。保存模拟并按下“实时运行”按钮。

机器人应该移动、闪烁LED并避开障碍物。这是因为它有一个具有该行为的默认控制器。您可能已经注意到一个黑色的小窗口出现在三维视图的左上角。它显示了电子吸盘机器人的摄像头拍摄的图像。该图像将保持黑色，直到机器人的控制器明确启用相机。这个小图像窗口可以通过拖动来移动，也可以通过拖动右下角来调整大小。最后，单击右上角的“x”可以关闭它。通过在“相机设备”子菜单中选择“套印格式”菜单，可以使其再次可见。因为我们不需要它，所以你实际上可以关闭它。
现在，在模拟运行的同时，让我们玩物理游戏：

在Linux上，除了alt+左键单击+拖动之外，还应该按下ctrl键。无法对WoodenBox节点施加力，因为默认情况下，它们没有质量，并且被视为粘在地板上。若要在WoodenBox节点上启用物理，应将其质量场设置为某个值（例如0.2 kg）。一旦完成，就应该能够对它们施加力。

现在我们要修改世界，减少物理模拟的步骤：这将提高模拟的准确性和稳定性（但会降低最大模拟速度）。

暂停模拟并将其还原。在“场景树”视图中，展开“世界信息”节点（第一个节点）。将其basicTimeStep字段设置为16。然后保存模拟。

 

 

创建一个新的控制器

我们现在将对一个简单的控制器进行编程，使机器人向前移动。
控制器是一个定义机器人行为的程序。Webots控制器可以用以下编程语言编写：C、C++、Java、Python、MATLAB、ROS等。C、C++和Java控制器需要经过编译才能作为机器人控制器运行。Python和MATLAB控制器是解释语言，因此它们将在不编译的情况下运行。在本教程中，我们将使用C作为参考语言，但所有代码片段也可以在C++、Java、Python和MATLAB中使用。请参阅语言章节，使用不同的编程语言设置控制器。
机器人节点的控制器字段指定当前与机器人关联的控制器。请注意，同一个控制器可以由多个机器人使用，但一个机器人一次只能使用一个控制器。每个控制器都在一个单独的子进程中执行，通常由Webots派生。因为它们是独立的进程，所以控制器不共享相同的地址空间，并且可能在不同的处理器内核上运行。

使用Wizards/new Robot controller创建一个名为epuck_go_forward的新C（或任何其他语言）控制器（对于C++和Java，请改为EPuckGoForward）。。。菜单项。这将在my_first_simulation/controllers中创建一个新的epuck_go_forward（或EPuckGoForward）目录。选择可在文本编辑器中打开源文件的选项。

现在，我们将把新的epuck_go_forward（或EPuckGoForward）控制器关联到E-puck节点。

在场景树视图中，选择E-puck节点的控制器字段，然后使用场景树视图底部的字段编辑器：按select。。。按钮，然后在列表中选择epuck_go_forward。一旦控制器与机器人相关联，保存世界。通过插入include语句（#include<webots/motor.h>）修改程序，获取电机设备（WbDeviceTag motor=wb_robot_get_device（“motor_name”）；），并且通过应用电动机命令（wb_motor_set_position（电动机，10）；）：

#include <webots/robot.h>

// Added a new include file
#include <webots/motor.h>

#define TIME_STEP 64

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

 // get the motor devices
 WbDeviceTag left_motor = wb_robot_get_device("left wheel motor");
 WbDeviceTag right_motor = wb_robot_get_device("right wheel motor");
 // set the target position of the motors
 wb_motor_set_position(left_motor, 10.0);
 wb_motor_set_position(right_motor, 10.0);

 while (wb_robot_step(TIME_STEP) != -1);

 wb_robot_cleanup();

 return 0;
}

保存修改后的源代码（文件/保存文本文件），并对其进行编译（构建/构建）。如有必要，修复任何编译错误。当Webots建议重置或重新加载世界时，请选择“重置”并运行模拟。

如果一切正常，你的机器人应该向前移动。机器人将使用其最大速度移动一段时间，然后在车轮旋转10弧度后停止。
在项目的controllers目录中，已经创建了一个包含epuck_go_forward（或EPuckGoForward）控制器的目录。epuck_go_forward（或EPuckGoForward）目录包含一个在编译控制器后生成的epuck_go_forward）二进制文件（在Windows上，此文件的扩展名为.exe）。控制器目录名称应与二进制名称匹配。

扩展控制器到速度控制

机器人的轮子通常是用速度来控制的，而不是像前面的例子那样用位置来控制。为了控制车轮的电机速度，您需要将目标位置设置为无穷远，并设置所需速度：

#include <webots/robot.h>

// Added a new include file
#include <webots/motor.h>

#define TIME_STEP 64

#define MAX_SPEED 6.28

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

  // get a handler to the motors and set target position to infinity (speed control)
  WbDeviceTag left_motor = wb_robot_get_device("left wheel motor");
  WbDeviceTag right_motor = wb_robot_get_device("right wheel motor");
  wb_motor_set_position(left_motor, INFINITY);
  wb_motor_set_position(right_motor, INFINITY);

  // set up the motor speeds at 10% of the MAX_SPEED.
  wb_motor_set_velocity(left_motor, 0.1 * MAX_SPEED);
  wb_motor_set_velocity(right_motor, 0.1 * MAX_SPEED);

  while (wb_robot_step(TIME_STEP) != -1) {
  }

  wb_robot_cleanup();

  return 0;
}

结论

• 世界是由以树状结构组织的节点组成的。
• 世界保存在Webots项目中存储的.wbt文件中。
• 该项目还包含定义机器人行为的机器人控制器程序。
• 控制器可以用C语言或其他语言编写。
• C、 C++和Java控制器必须经过显式编译才能执行。
• 控制器通过Robot节点的控制器字段与Robot相关联。