基于Bullet物理引擎的機器人仿真實驗平臺設計

黃弢，汪迪，萬晨暉，馬瑞啟，許 洋

（華中科技大學機械科學與工程學院，武漢 430074）

0 引言

實驗教學是高校創新實踐人才培養的重要手段［1］，機器人教學是工程類實驗教學中重要的組成部分［2］，在實驗教學中，受限于現場條件和傳統工業機器人的價格，可用的實驗資源往往有限，學習成本較高。借助計算機仿真技術，可在軟件中集成虛擬仿真模塊，自定義仿真場景［3］。

目前，國內外比較通用的機器人仿真軟件有VREP、Gazebo和Webots 等［4］。V-REP是一款靈活的通用機器人仿真器，支持嵌入式腳本，插件和ROS 節點［6］，自2019 年后改名為CoppeliaSim，V-REP已經停止更新。Gazebo可構建機器人運動仿真模型，支持傳感器數據的仿真［7］，主要配合ROS 仿真在Linux 平臺使用。Webots自帶眾多不同種類傳感器和驅動器［8］，近年來在四足類機器人仿真上應用廣泛［9］。現有平臺的不足之處在于，它們只是一個仿真工具，而非一個實驗工具，為完成實驗往往需要多個軟件相互配合，學習成本高，開發一款具備機器人仿真功能與實驗設計的平臺則具有較大意義。

工業機器人中應用較為廣泛的是示教編程，即通過示教器控制機器人移動，在運動過程中記錄相應的關節位置，完成示教操作。這種示教方式過于簡單和低效，并不適用于機器人學科教學。一種較好的方式是類似于Matlab 腳本化、交互式編程，既可通過類的方式封裝簡易調用函數，也可以賦予用戶自己實現算法的能力。

為使機器人仿真實驗平臺更具靈活性和可擴展性，采用以Bullet為仿真引擎，以Lua 為交互式操作語言、Qt為圖形框架和節點圖和數據流驅動為實驗系統的技術方案。……