Solidworks机器人导出URDF文件，导入Webots并控制-Toy模板网

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了Solidworks机器人导出URDF文件，导入Webots并控制。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

0. 目标

目标：把Solidworks的机器人模型导入Webots，保存运动副关系，导入后直接控制。所有操作都在win10环境进行。
思路：使用Solidworks - SW2URDF插件导出URDF文件，然后使用python - urdf2webots模组，生成proto文件导入Webots。
程序版本：Solidworks 2018 SP5.0（或更新）， Webots R2023a，python模组urdf2webots V2.0.3，版本不兼容会导致错误。
提示：有坑，需仔细阅读正文。

1. SW导出URDF

Solidworks必须是2018 SP5.0或更新的版本，不然和插件不兼容。

下载并安装Solidworks插件SW2URDF：ROS.org网站链接，Github链接。

我是从Github下载的，注意里面根据Solidworks版本分了好几个，选择下载。第一个链接里也说明了SW的版本要求。

只下载exe文件就行，双击安装。如果安装的时候SW还开着，需要在安装后重启SW。

找到SW顶部一行的齿轮图标，点下拉菜单里的插件：
solidworks urdf,机器人

在插件窗口里面，滑动到底部，勾选SW2URDF插件：
solidworks urdf,机器人

然后准备机器人装配体模型。我是从机械模型转换，原模型细节很多，需要简化，把内部轴承、电路板等看不到的零件都删掉，螺丝孔和其他不需要的特征也删掉，减小面数。

最后生成一个用来仿真的装配体：
solidworks urdf,机器人
我的模型是很多零件装配而成的四轮小车，但对于仿真软件来说，整个机器人是一个机身和4个轮子，共5个刚体，联接而成的。所以我把每个刚体都另存为了SW零件，再组成整个机器人，条理清晰。没有试过用子装配体组成的模型导出，可能也行吧。

注意，装配体的原点需要定在机器人根部件上，如果偏的太远，可能会影响后面仿真。

怎么调节机器人相对原点的位置：先把根部件取消固定，然后在机器人和三个基准面之间添加配合，以此约束机器人的位置。
solidworks urdf,机器人

打开插件：SW顶部菜单栏>>工具>>File（在菜单最底下）>>Export as URDF：

solidworks urdf,机器人

然后设置机器人的运动副关系，看图：
solidworks urdf,机器人
按照上图说明，弹出URDF导出窗口。

注意这时候插件会在SW里面自动生成运动副的坐标系和轴，之后就不要轻易改动装配体了，不然会导致转轴位置错误。

回到导出窗口，首先是关节属性，保持默认即可，点Next：
solidworks urdf,机器人

部件设置页面，参考下图说明：

solidworks urdf,机器人
按照上图，最后导出的机器人，是每个部件一个颜色。上图右下有个"Texture"应该可以设置贴图然后实现彩色部件，还没研究怎么用。

导出时设置名称，不能以数字开头，整个路径和文件名都不能含中文，比如我的是“PipeRob6DOF”，导出后会生成一个同名文件夹，里面有几个子文件夹，存放URDF文件和各种模型资源：
solidworks urdf,机器人

2. 新建Webots工程

Webots版本采用R2023a，根据引导，新建项目目录和世界(world)，
solidworks urdf,机器人
勾选“Add a rectangle arena”，即生一个平台，方便后面测试。

3. URDF转proto

转换工具是python环境下的urdf2webots模组，需要电脑已经安装了python（我的是python 3）。

在Webots项目文件夹里，有个protos文件夹，把前面SW导出的“PipeRob6DOF”文件夹放进去。

进入PipeRob6DOF/urdf子文件夹，可以看到里面有一个PipeRob6DOF.urdf。按Shift+右键，在此处打开PowerShell窗口（等同于cmd窗口）：
solidworks urdf,机器人
首次使用，需安装python的urdf2webots模组，执行以下命令：
pip install urdf2webots

这样会安装最新版（V2.0.3），本文介绍的是V2新版用法。模组V1版本用法是不一样的，具体可参考另一篇文章或模组官网。

输入以下命令，由urdf文件生成proto文件：
python -m urdf2webots.importer --input=PipeRob6DOF.urdf

由于我们是在urdf文件所在位置打开的命令窗口，所以这里直接把PipeRob6DOF.urdf作为输入参数，不需要冗长的路径。读者需要把上面“PipeRob6DOF”改成自己的机器人名称。

运行成功的话会返回机器人部件数量和关节数量，同时生成一个proto文件。
solidworks urdf,机器人

proto文件是Webots采用的一种文件格式，可以理解为“预设”，实现仿真世界中机器人或模型的复用。
一个proto文件本质上就是文本文档，里面定义了机器人的组成结构，各个部件的属性，以及网格模型链接。

采用python模组生成的proto文件存在一些缺陷，用Notepad++或记事本打开proto文件，然后：
（1）修正STL路径格式错误（必做）：按Ctrl+H调用替换窗口，把所有 \ 替换为 / ；
（2）把STL文件改为相对路径（可选），以便在其他电脑上运行。比如原本是：
url "D:/JiangxuDesk/OneDrive/PipeRob/Webots/PipeRobWB23/protos/PipeRob6DOF/meshes/body.STL"
替换为：
url "../meshes/body.STL"
（3）设置部件颜色：搜索baseColor，可以看到SW导出时，所定义的各种材料的颜色定义，是取值0-1的RGB。
修改完成后保存，可以暂时不用关闭。后面重新修改保存后，在Webots里重新载入场景，可以随时调整。

4. proto文件导入Webots

Webots里面点工具栏加号：
solidworks urdf,机器人
Webots会读取项目目录protos文件夹里所有的proto文件，不出意外会显示前面导出的机器人名称：

机器人就进来了。如果导入错误会在Console提示。

调整地板大小和机器人的位置（避免干涉），保存之后开始仿真（Webots操作我就不介绍了），可以看到机器人重力作用下掉到地板上了：
solidworks urdf,机器人
上图中小车是全白的。根据前文，在proto文件里搜索baseColor的地方设置各个部件颜色，保存后重新载入场景：

可见颜色更新了：

5. 控制机器人

Webots里新建一个C语言的控制器，进行编程：

/*
 * File:          my_controller.c
 * Date:
 * Description:
 * Author:
 * Modifications:
 */

/*
 * You may need to add include files like <webots/distance_sensor.h> or
 * <webots/motor.h>, etc.
 */
#include <webots/robot.h>
#include <webots/motor.h>
/*
 * You may want to add macros here.
 */
#define TIME_STEP 8
//using namespace webots;
/*
 * This is the main program.
 * The arguments of the main function can be specified by the
 * "controllerArgs" field of the Robot node
 */
int main(int argc, char **argv) {
  /* necessary to initialize webots stuff */
  // 实现差速转向效果，需要在WorldInfo里面设置forceDependentSlip > 0.
  wb_robot_init();
  
  WbDeviceTag mot[4];
  char mot_names[4][3]={{"a1"},{"a2"},{"a3"},{"a4"}};
  for(int i=0;i<4;i++){
    mot[i] = wb_robot_get_device(mot_names[i]);
    wb_motor_set_position(mot[i], INFINITY);

//    wb_motor_set_velocity(mot[i], 4);
  }
  float v = 4;
  wb_motor_set_velocity(mot[0], -v);
  wb_motor_set_velocity(mot[1], -v);
  wb_motor_set_velocity(mot[2], v);
  wb_motor_set_velocity(mot[3], v);

  /*
   * You should declare here WbDeviceTag variables for storing
   * robot devices like this:
   *  WbDeviceTag my_sensor = wb_robot_get_device("my_sensor");
   *  WbDeviceTag my_actuator = wb_robot_get_device("my_actuator");
   */

  /* main loop
   * Perform simulation steps of TIME_STEP milliseconds
   * and leave the loop when the simulation is over
   */
  int t = 0;
  while (wb_robot_step(TIME_STEP) != -1) {
    t+=TIME_STEP;
    
    /*
     * Read the sensors :
     * Enter here functions to read sensor data, like:
     *  double val = wb_distance_sensor_get_value(my_sensor);
     */

    /* Process sensor data here */

    /*
     * Enter here functions to send actuator commands, like:
     * wb_motor_set_position(my_actuator, 10.0);
     */
  };

  /* Enter your cleanup code here */

  /* This is necessary to cleanup webots resources */
  wb_robot_cleanup();

  return 0;
}