機器人模擬平台V-REP學習入門

• 常用的模擬工具

模擬在機器人設計過程中十分重要，可以進行快速演算法驗證。同時，對於機器人學習者來說，模擬工具可以大大降低學習成本。

與機器人設計工具（如Solidworks, Blender）不同，機器人模擬平台集成了物理引擎，物理引擎可以根據物體的物理屬性計算運動、旋轉和碰撞，廣泛應用於遊戲、模擬中。如下圖，Nao可以推動小箱子，卻推不動更重的大箱子，這是由物理引擎中的牛頓定理計算得到的。常用的機器人模擬物理引擎有Bullet, ODE, MuJoCo等，其中Bullet和ODE開源，而MuJoCo是商業引擎，Deep Mind本月發布的新的增強學習環境Control Suite中使用的引擎即是MuJoCo。（關於這幾個物理引擎的比較可以見15年ICRA的論文）。

機器人中常用的模擬工具有Gazebo，V-REP，Webot。其中Webot是商業模擬工具，這裡只詳細比較gazebo和V-REP：

Gazebo：開源，是ROS的默認模擬器，支持Bullet和ODE引擎，由OSRF(Open Source Robotics Foundation)維護（也是現在ROS的維護者），因此對於ROS的兼容性好。Gazebo中的模型格式是基於XML的SDF(Simulation Description Format)，這有點像命令行，學習曲線較陡，但是學會後可以創造出很複雜的模型。

V-REP (Virtual Robot Experiment Platform)：教育版本可免費使用，支持Bullet、ODE和Vortex（用於流體模擬）引擎，由Coppelia Robotics開發。相比於Gazebo，V-REP內集成了大量的常見模型，建模更加簡單，同時V-REP也兼容ROS。

14年的一篇論文從對ROS的兼容度、環境建模、機器人模型修改、可編程式控制制、CPU佔用率幾個方面詳細比較了Gazebo和V-REP，得出的結論是Gazebo的優勢在於與ROS完全兼容性、開源，而V-REP更為直觀、方便使用，集成了更多的特性。

• V-REP

V-REP是一款靈活、可拓展的通用機器人模擬器，可以支持多種控制方式和編程方式。

控制方式：支持遠程控制(another machine)、非同步控制(another thread)和同步控制(the same thread)三種控制方式。

編程方式：支持嵌入式腳本(Embedded Scripts)、載入項(Add-ons)、插件(Plugins)、遠程API、ROS節點等，交互方式如下：

在V-REP中，嵌入式腳本是一種很重要的編程方式，從上圖可以看出其編程語言目前只支持Lua。Lua是由C語言編寫的一門面向對象的編程語言，具有輕簡、可嵌入、可跨平台等優點，也是現在人工智慧的一大編程語言。有C基礎的話可以很快入門Lua語言，可以參考我的筆記：Lua Tutorial

• 學習V-REP

V-REP的官方文檔是學習V-REP的第一手資料，國內資料目前較少，推薦冬木遠景的博客和vrep_tutorial 。此外，Github上有很多有趣的開源項目，如

Virtual Robot Challenge

V-REP Car Simulation

Maze Runner

更多項目：

vrep_youbot_plugin: control the v-rep youBot using ROS

quadcopter_ctrl: a framework to control a swarm of quadcopters simulated in V-Rep by using ROS

同時，V-REP安裝包里也帶了非常有趣的很多場景。