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PNPRobotics新蟲 (小有名氣)
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[交流]
18種仿真平臺：探索具身智能機(jī)器人的無限可能
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仿真是指通過計(jì)算機(jī)對實(shí)際的物理系統(tǒng)進(jìn)行模擬的技術(shù)。對于機(jī)器人而言，機(jī)器人仿真是基于交互式計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)和機(jī)器人學(xué)理論，生成機(jī)器人的幾何圖形，并對其進(jìn)行三維顯示，用來描述機(jī)器人及工作環(huán)境的動態(tài)變化過程。 仿真平臺的三個組成部分：模型描述、動力學(xué)引擎、渲染引擎。 模型描述 主要負(fù)責(zé)機(jī)器人模型的建模，使用計(jì)算機(jī)語言向仿真平臺描述機(jī)器人是如何構(gòu)成的。機(jī)器人的基本構(gòu)成可以使用連桿（link）和關(guān)節(jié)（joint）來描述。除此之外，還需要知道這些基本組成部分的一些物理信息，例如連桿的質(zhì)量屬性，慣量屬性，顏色，以及關(guān)節(jié)的種類（到底是轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)還是平動關(guān)節(jié)）。目前業(yè)界主要使用URDF（Unified Robot Description Format）和SDF（Simulation Description Format）文件來描述機(jī)器人模型，他們都是XML語法框架下用來描述機(jī)器人的語言格式。雖然URDF是ROS中的標(biāo)準(zhǔn)格式，但它缺乏許多功能來描述更復(fù)雜的場景。例如，URDF只能指定單個機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)特性，它無法指定摩擦特性和處理閉鏈結(jié)構(gòu)。此外，它不能指定環(huán)境信息，例如燈光、高度圖等。SDF的提出就是為了解決URDF的缺點(diǎn)，它可以實(shí)現(xiàn)對機(jī)器人所有內(nèi)容的完整描述，其可擴(kuò)展性更適合于復(fù)雜的仿真。 動力學(xué)引擎 可以根據(jù)物體的物理屬性計(jì)算運(yùn)動、旋轉(zhuǎn)和碰撞。動力學(xué)引擎的基礎(chǔ)是系統(tǒng)動力學(xué)，動力學(xué)是對現(xiàn)實(shí)世界中物體運(yùn)動規(guī)律的數(shù)學(xué)描述，這種數(shù)學(xué)描述主要是基于常微分方程的，物理引擎核心的任務(wù)就在于求解常微分方程。常用的機(jī)器人仿真物理引擎有ODE，Bullet，MuJoCo等。Bullet和ODE開發(fā)的初衷主要是用于3D電影和游戲。因此，在數(shù)值求解器上用的是一階的半隱式歐拉方法（Semi-implicit Euler method），主要追求的是速度、穩(wěn)定性而非精度。MuJoCo是一個近期開源的物理引擎，旨在促進(jìn)機(jī)器人學(xué)、生物力學(xué)、圖形和動畫以及其他需要快速準(zhǔn)確模擬的領(lǐng)域的研究和開發(fā)。MuJoCo提供了速度、精度和建模能力的獨(dú)特組合，主要應(yīng)用于強(qiáng)化學(xué)習(xí)和最優(yōu)化控制領(lǐng)域。 渲染引擎 使用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)，根據(jù)機(jī)器人模型和紋理渲染出機(jī)器人的三維圖形，這樣我們可以通過可視化平臺觀察機(jī)器人運(yùn)行的正確性。目前機(jī)器人渲染引擎主要使用OpenGL。OpenGL（Open Graphics Library）是用于渲染2D、3D矢量圖形的跨語言、跨平臺的應(yīng)用程序編程接口。這個接口由近350個不同的函數(shù)調(diào)用組成，用來從簡單的圖形比特繪制復(fù)雜的三維景象。OpenGL常用于CAD、虛擬實(shí)境、科學(xué)可視化程序和電子游戲開發(fā)，具有強(qiáng)大的通用性和可移植性。 18種物理仿真引擎介紹： Isaac Sim、AirSim、V-REP、Unity、PyBullet、PhyScene、RoboGen、ThreeDWorld、iGibson 1.0、SAPIEN、Habitat、Open Dynamics Engine (ODE)、Dynamic Animation and Robotics Toolkit (DART)、Dynamic Animation and Robotics Toolkit (DART)、MATLAB/SIMULINK、GAZEBO、RaiSim、MUJOCO。詳細(xì)可參考-www.pnprobotics.com 具身智能機(jī)器人的種類多種多樣，有雙足機(jī)器人、四組機(jī)械狗、四輪機(jī)器人、四輪+機(jī)械臂、兩輪+機(jī)械臂，和自動駕駛仿真類似，機(jī)器人也需要逼真的環(huán)境去驗(yàn)證各類算法，下面就為大家盤點(diǎn)下領(lǐng)域常用的一些通用機(jī)器人和面向真實(shí)場景的機(jī)器人仿真框架，目標(biāo)是幫助大家在使用Franka機(jī)器人的時候，選擇適用的仿真平臺。 PNP機(jī)器人致力于為客戶提供從硬件到軟件的全方位支持，幫助客戶快速實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的部署與應(yīng)用，提升生產(chǎn)效率和智能化水平。 PNP機(jī)器人和思靈機(jī)器人以及旗下Franka機(jī)器人等深度合作，聚焦面向生活和工業(yè)場景的單臂/雙臂數(shù)據(jù)采集場景，致力于機(jī)器人即插即用（Plug & Play ）技術(shù)和具身智能通用解決方案。 |
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