Isaac Sim教程05 机器人简单组装及传感器

Isaac Sim 机器人简单组装及传感器了解

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学习目标

• 熟悉Isaac Sim中机器人的关节及关节驱动配置
• 了解Isaac Sim中关节树的概念
• 熟悉Isaac Sim中的传感器配置
• 熟悉Isaac Sim的视口调整

难度级别

预计耗时

25 mins

学习前提

图中的机器人可以视作由三个杆件(links)和两个转动关节(revolute joints)组成的。

创建关节joint

在Stage中，按下Ctrl，先选中父杆件Parent Link（此处为robot_body）再选中子杆件Child Link（此处为wheel_right），随后选中Create->Physics->Joint->Revolute Joint，创建一个Joint，并重命名为wheel_right_joint

检查wheel_right_joint这个prim属性中的父子关系和转动轴系是否正确，如果不正确就需要进一步调整。

点击左侧工具栏中的Play检查，会发现右轮已经和身体绑定，而尚未设置joint的左轮正常掉落了。

随后以相同的方式设置身体到左轮的joint，重新点击左侧工具栏中的Play检查，并拖动机器人身体Prim，检查轮子的转动情况是否正常。

创建关节驱动joint drive

添加了joint只能代表不同杆件间有了机械连接，但是还不能够控制和驱动，因此需要进一步添加关节驱动的API。
按下Ctrl选中Stage里的两个joint并依次点击Add->Physics->Angular Drive

为两个关节设置一定的目标速度(Target Velocity)和阻尼(Damping)，此处分别为200和10000，随后按下Play查看效果，应该发现小车开始以指定的速度运动

创建关节树Articulation（可选的）

Articulation（关节树）是一种高级概念，它通过将多个刚体及其之间的关节连接成一个层次结构，构建了一个关节树。这个树结构包含一个关节根（articulation root），它负责连接整个树的各个部分，从而形成一个统一的系统。

关节树的优势在于能够更有效地模拟多体系统的相互作用、运动和碰撞，从而降低计算的复杂性。通过使用关节树，我们能够实现更高的仿真准确性，减少关节误差，处理具有不同质量比的刚体，同时提高仿真效率。

将物体组织成关节树可以实现更高的模拟保真度，减少关节误差，并能够处理关节体之间更大的质量差异。这些设计具有零关节误差，同时能够处理关节体之间更大的质量比。

举例来说，考虑一个机械手臂的树结构：根部位于地平面的底部，旋转关节将不同的连杆连接到机械手，整个树结构只有一个分支，通过棱柱关节将两个夹具部分连接到手臂，实现了线性接头。

对于布娃娃，我们可以将任何肢体作为根，从而构建的结构仍然是一棵树。例如，我们可以选择头部作为根，然后使用球形关节将躯干连接到头部，接着使用球形关节连接手臂，以此类推。这种方法使我们能够轻松创建不同的布娃娃结构。

能够提高效率的具体原因和解释可以参考articulations，此处不进一步解释。

在这个小车的案例中，robot_body作为Articulation Root，选中Primrobot_body并依次点击Add->Physics->Articulation Root来将关节链转化为关节树

添加传感器

Omniverse Isaac Sim 提供了多种传感器，可用于感知环境和机器人的状态。此处以最为常见的Camera为例。

确定传感器轴系

在添加以相机为例的传感器前需要先确定轴系，参考Isaac、USD、ROS的传感器轴系说明

添加相机

依次点击Create->Camera来添加相机，并重命名为robot_camera，将他拖动到robot_body下和机器人的身体绑定，并通过调整相机的位置和姿态来感受合适的位置。

调整相机的视野方向，使得它位于机器人的前部头顶，略微朝下观察前方，此时Play，相机会随着机器人一起动。

相机检查器

将相机添加到场景中后，可以通过相机检查器扩展来管理我们的相机。
依次点击Isaac Utils->Camera Inspector，随后点击REFRESH来刷新相机列表。

• 相机文本框
  有时在代码中需要提供一个合适的视角来查看场景，通常可以用GUI里调整相机角度来尝试，文本则是相机位置和方向的文字描述，可以通过复制来移植到代码中，方便代码开发。
  
• 新建视口Viewport
  当前Isaac Sim所看到的直接的窗口就是一个Viewport，可以通过相机检查器来创建一个视口，比如此时希望有世界顶部的一个相机，就可以选择Camera->OmniverseKit_Top，并点击CREATE VIEWPORT来新增视口。

固定相机关系

有时候不小心移动了相机的视野，这个时候的相机Transform就会变化，调回去比较麻烦，如果在相机和父关节间加上一个固定的Transform关系，则每次不小心弄乱了相机的视野时，都可以通过将相机自身Transform全部置0来恢复原有状态。

代码007普通

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