CoppeliaSim在机器人仿真中的应用实例

刘相权，博士，北京信息科技大学副教授。主要研究方向为机构设计、机电控制。教学方面：主讲机械原理、机械设计基础、机器人概论、机器人学与仿真、服务机器人技术综合实训等课程，获2012年校级教学成果二等奖1项、2017年校级教学成果三等奖1项、2017年北京市高等教育教学成果奖一等奖1项。

第1章 CoppeliaSim 入门基础

1.1 CoppeliaSim简介

1.2 CoppeliaSim操作界面

1.3Lua语言基础

1.4UR5机器人运动入门

1.5Lua脚本应用・

1.5.1仿真脚本

1.5.2自定义脚本

1.5.3脚本源代码·

1.6 CoppeliaSim和MATLAB简单通信

1.7本章小结·

第2章 CoppeliaSim基本操作

2.1场景管理

2.1.1新建场景

2.1.2场景查看操作·

2.2用户界面

2.2.1页面和视图·

2.2.2浮动视图

2.3位置和方向操作

2.3.1位置对话框·

2.3.2方向对话框

2.4对象属性·

2.4.1对象通用属性・

2.4.2通过脚本设置属性

2.5场景对象·

2.5.1场景对象的定义和分类·

2.5.2对象层级

2.5.3形状

2.5.4关节

2.5.5标记点

2.5.6路径

2.5.7接近觉传感器

2.5.8视觉传感器

2.5.9力传感器·

2.5.10图表

2.5.11八叉树

2.6模型管理

2.6.1模型

2.6.2建立模型

2.6.3带脚本模型的使用

2.6.4导入URDF模型

2.7创建GUI

2.7.1窗体的控制<ui>

2.7.2按钮<button>

2.7.3文本显示<label＞·

2.7.4 文本输入框<edit>

2.7.5 复选按钮<checkbox>

2.7.6 单选按钮< radiobutton>

2.7.7 成组<group>

2.7.8 水平滑动调节块<hslider>

2.7.9窗体控件的布局

2.7.10GUI示例

2.8本章小结

第3章UR5机器人仿真环境搭建

3.1导入前的准备工作

3.2UR5机器人的模型导入

3.3UR5机器人的关节建立

3.4UR5机器人实体特征提取·

3.5UR5机器人动力学属性设置

3.6脚本编程控制

3.7本章小结

第4章UR5机器人运动学仿真

4.1UR5机器人正运动学方程的建立·

4.2UR5机器人位姿调整

4.3基于机器人工具箱的URS机器人正运动学仿真

4.3.1 机器人工具箱配置

4.3.2UR5机器人建模与仿真

4.4基于运动学方程的UR5机器人正运动学计算

4.5基于CoppeliaSim和运动学方程的UR5机器人正运动学计算

4.6UR5机器人逆运动学求解

4.7基于逆运动学求解的 MATLAB编程

4.8基于逆运动学求解的UR5机器人逆运动学仿真

4.9本章小结

第5章轮式移动机器人底盘运动学分析

5.1四轮差动底盘运动学分析

5.1.1直线运动

5.1.2旋转运动

5.1.3复合运动

5.2三轮全向底盘运动学分析

5.2.1沿水平x轴方向移动

5.2.2沿水平y轴方向移动

5.2.3旋转运动

5.2.4复合运动

5.3麦克纳姆轮全向底盘运动学分析

5.3.1沿水平x轴方向移动

5.3.2沿水平y轴方向移动

5.3.3旋转运动

5.3.4复合运动

5.4本章小结

第6章移动机器人运动仿真

6.1四轮差动机器人运动仿真

6.2三轮全向机器人运动仿真

6.2.1全向轮仿真

6.2.2机器人运动仿真

6.3麦克纳姆轮全向机器人运动仿真

6.3.1麦克纳姆轮仿真

6.3.2机器人运动仿真

6.4本章小结

第7章车-臂复合型机器人视觉抓取综合实践

7.1场景主要对象

7.2脚本规划

7.3协作机器人设置及脚本

7.3.1 逆解组设置

7.3.2装载机器人动作

7.3.3 卸载机器人动作

7.4 传送带设置及脚本

7.4.1传送带速度

7.4.2物块生成

7.5传送带视觉传感器设置及脚本

7.6卸载机器人视觉传感器设置及脚本

7.7 移动小车设置及脚本

7.8信号量脚本

7.9 本章小结

第8 章 CoppeliaSim 二次开发接口

8.1远程API函数及调用机制

8.1.1阻塞调用模式

8.1.2非阻塞调用模式

8.1.3数据流模式

8.1.4同步操作模式

8.2 CoppeliaSim和Visual C++通信

8.2.1 Visual Studio 2019环境配置·

8.2.2 CoppeliaSim环境配置

8.2.3 Visual Studio 2019 与CoppeliaSim 通信实现

8.3 CoppeliaSim和Python 通信

8.3.1 CoppeliaSim环境配置

8.3.2 Python 环境配置

8.3.3 Python程序

8.4 CoppeliaSim和MATLAB通信.

8.4.1 MATLAB环境配置

8.4.2脚本编写

8.4.3 通信示例

8.5 CoppeliaSim 的串口操作

8.6本章小结

参考文献

本书全面介绍了CoppeliaSim的建模与仿真技术在关节机器人和轮式移动机器人中的应用:对CoppeliaSim的入门基础和基本操作进行了介绍；在搭建UR5六自由度关节机器人仿真环境的基础上，进行了UR5机器人的正运动学仿真和逆运动学仿真；对轮式移动机器人进行了运动学分析，并实现了对其的运动仿真控制；使用协作机器人、移动小车和视觉传感器等搭建了仿真场景，综合运用软件提供的各种仿真手段和方法，进行了车臂复合型机器人视觉抓取综合实践；对CoppeliaSim二次开发接口进行了介绍。

为了便于理解，本书列举了大量应用实例，所有实例均在CoppeliaSim中调试通过，可以直接运行，且每个应用实例均给出了相应的源代码。本书适合教师讲授，易于学生阅读，在编写时力求做到通俗易懂，图文并茂。针对应用型本科院校学生的特点，在内容够用的基础上，突出实际应用。

本书可作为高等院校机器人工程、机械电子工程、机械工程、车辆工程等工科专业的本科生或研究生教材，也可供广大从事机器人开发的工程技术人参考。