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Webots移動機器人模擬實例教程

  • 作者：秦宇飛//劉相權|責編:雷桐輝
  • 出版社：化學工業
  • ISBN：9787122475473
  • 出版日期：2025/07/01
  • 裝幀：平裝
  • 頁數：304
人民幣：RMB 98 元      售價：元
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內容大鋼
    《Webots移動機器人模擬實例教程》全面介紹了Webots模擬軟體的使用及其在各種機器人領域的應用。本書內容詳盡，從Webots的基礎入門到高級操作，既包括了軟體安裝、界面操作、節點編輯等基礎知識，又涵蓋了兩輪差速機器人、四輪差速機器人、四足機器人、無人機、水下機器人、人形機器人等多種類型機器人的模擬案例。本書內容特色在於實用性和操作性，通過豐富的案例和詳細的步驟指導，幫助讀者快速掌握Webots的模擬技巧。此外，本書還提供了控制器編程環境的搭建和編程方法，讓讀者能夠自主設計並實現複雜的機器人控制演算法。
    本書適合機器人專業的學生、科研工作者、工程師以及對機器人模擬感興趣的讀者閱讀。無論是初學者還是有一定經驗的用戶，都能從本書中獲得寶貴的指導和啟示。通過閱讀本書，讀者能夠更深入地理解Webots軟體的功能和應用，提升自己在機器人模擬領域的技能和水平。
作者介紹
秦宇飛//劉相權|責編:雷桐輝
目錄
第1章  Webots入門
  1.1  Webots簡介
  1.2  常用機器人模擬軟體對比
  1.3  Webots安裝
    1.3.1  Webots軟體版本選擇
    1.3.2  Webots軟體安裝
    1.3.3  GitHub網路安裝
    1.3.4  GitHub源文件下載安裝
  1.4  編譯源文件中的控制器程序
  1.5  初識機器人運動模擬
    1.5.1  切換到中文界面
    1.5.2  界面風格
    1.5.3  軟體自帶的項目示例
    1.5.4  認識模擬環境
    1.5.5  編寫一個簡單的機器人模擬項目
    1.5.6  Webots世界文件（.wbt）
    1.5.7  節點描述文件(.proto)
    1.5.8  控制器程序
  1.6  Webots機器人運動模擬項目搭建思路
  1.7  幫助文檔及項目示例
    1.7.1  在線幫助文檔
    1.7.2  及時查看在線幫助文檔的方法
    1.7.3  離線查看幫助文檔
    1.7.4  半離線查看幫助文檔
    1.7.5  項目示例文件
第2章  Webots基本操作
  2.1  3D視圖基本操作
    2.1.1  調整視角
    2.1.2  移動和旋轉對象
    2.1.3  恢復布局
  2.2  人為施加力操作
  2.3  工具欄
    2.3.1  模擬時間及模擬速率
    2.3.2  運行控制
    2.3.3  渲染
    2.3.4  錄屏和聲音
  2.4  嚮導菜單
    2.4.1  新建項目的主要步驟
    2.4.2  新建項目目錄嚮導
    2.4.3  新建機器人控制器嚮導
    2.4.4  Webots控制器程序運行原理分析
  2.5  節點
    2.5.1  添加節點
    2.5.2  添加節點時無法看到縮略圖
    2.5.3  無法添加基礎節點
  2.6  對象的導出和導入
    2.6.1  不同版本的Webots對文件格式導入和導出的支持
    2.6.2  URDF文件的導入和導出
    2.6.3  外部三維模型導入（stl、obj、dae）到Webots2022a
    2.6.4  wbo模型的導入和導出

  2.7  查看菜單
    2.7.1  顯示坐標系統
    2.7.2  恢復視角
    2.7.3  視角跟隨機器人移動
    2.7.4  移動視角到對象
    2.7.5  顯示攝像頭視場
    2.7.6  顯示接觸點
  2.8  Overlays菜單
  2.9  添加聲音
    2.9.1  添加電機旋轉聲音
    2.9.2  添加碰撞聲音
  2.10  DEF和USE關鍵字
第3章  Webots的節點Node
  3.1  世界、節點、節點屬性
  3.2  場景樹
  3.3  節點的通用屬性
    3.3.1  外觀調整
    3.3.2  位姿和縮放
    3.3.3  DEF 和name屬性
  3.4  WorldInfo節點
    3.4.1  基本屬性
    3.4.2  basicTimeStep基本模擬步長
    3.4.3  接觸屬性contact- Properties
  3.5  TexturedBackgroundLight光源節點
  3.6  Viewpoint節點
  3.7  RectangleArena地面節點
    3.7.1  地面大小floorSize屬性
    3.7.2  地面外觀floorAppearance Parquetry屬性
    3.7.3  地面外觀appearance PBRAppearance屬性
    3.7.4  地面圍牆
  3.8  其他地面
  3.9  實體Solid節點
    3.9.1  基本屬性
    3.9.2  子節點children屬性
    3.9.3  物理physics屬性
    3.9.4  邊界（周界）boundingObject屬性
    3.9.5  調整實體對象的大小和位姿
  3.10  形狀Shape節點
  3.11  關節Joint節點
    3.11.1  關節參數
    3.11.2  設備device節點
  3.12  旋轉關節HingeJoint/Hinge2Joint節點
    3.12.1  旋轉關節
    3.12.2  編程
    3.12.3  示例1：簡單旋轉關節
    3.12.4  示例2：關節的參數調節
  3.13  滑動關節SliderJoint節點
    3.13.1  滑動關節參數
    3.13.2  示例1：簡單滑動關節
    3.13.3  示例2：滑動關節對比

    3.13.4  示例3：滑動關節實現彈簧效果
  3.14  球關節BallJoint節點
  3.15  機器人Robot節點
    3.15.1  機器人控制器controller
    3.15.2  機器人控制器周期執行函數wb_robot_step()
    3.15.3  機器人控制器與模擬器並行執行
    3.15.4  同步與非同步控制器synchronization
    3.15.5  自碰撞檢測selfCollision
    3.15.6  顯示機器人窗口
    3.15.7  Controller屬性
  3.16  組Group節點
  3.17  位姿變換Transform節點
  3.18  發射器Emitter和接收器Receiver節點
    3.18.1  發射器節點Emitter
    3.18.2  接收器節點Receiver
    3.18.3  函數及示例
  3.19  LED節點
  3.20  GPS節點
    3.20.1  描述及屬性
    3.20.2  函數及示例
  3.21  陀螺儀Gyro節點
    3.21.1  描述及屬性
    3.21.2  函數及示例
  3.22  羅盤Compass節點
    3.22.1  描述及屬性
    3.22.2  函數及示例
  3.23  慣性InertialUnit節點（IMU）
    3.23.1  描述及屬性
    3.23.2  函數及示例
  3.24  監控Supervisor節點
  3.25  距離感測器DistanceSensor節點
    3.25.1  屬性
    3.25.2  紅外距離感測器
    3.25.3  聲吶感測器
    3.25.4  編程
    3.25.5  距離感測器示例
  3.26  接觸感測器TouchSensor節點
    3.26.1  描述及屬性
    3.26.2  示例
  3.27  螺旋槳Propeller節點
    3.27.1  螺旋槳的推力和扭矩
    3.27.2  螺旋槳的旋轉方向和推力/扭矩方向
    3.27.3  函數及示例
  3.28  履帶Track節點及履帶輪TrackWheel節點
    3.28.1  描述及屬性
    3.28.2  示例
  3.29  流體Fluid節點及浸沒屬性immersionProperties節點
    3.29.1  流體Fluid節點描述及屬性
    3.29.2  浸沒屬性immersionProperties節點
    3.29.3  示例1：浮力

    3.29.4  示例2：拖曳力之推動力
    3.29.5  示例3：拖曳力之黏滯力
  3.30  阻尼Damping節點
    3.30.1  描述及屬性
    3.30.2  示例
  3.31  攝像機Camera節點
    3.31.1  描述及屬性
    3.31.2  相機的識別功能
    3.31.3  保存相機圖像到指定位置
  3.32  頂點3D形狀IndexedFaceSet節點
  3.33  皮膚Skin節點
  3.34  鍵盤輸入
    3.34.1  編程
    3.34.2  鍵盤示例代碼
  3.35  模擬項目編輯流程
第4章  Webots控制器編程環境搭建
  4.1  Python編程
    4.1.1  Python和Webots聯合模擬原理
    4.1.2  Python環境設置
    4.1.3  使用PyCharm運行Python控制器
    4.1.4  使用Python解釋器運行Python控制器
  4.2  Matlab編程
    4.2.1  Matlab和Webots聯合模擬原理
    4.2.2  Matlab環境設置
    4.2.3  Matlab控制器程序使用
  4.3  Visual Studio和Webots聯合模擬
    4.3.1  Visual Studio和Webots聯合模擬原理
    4.3.2  Webots設置
    4.3.3  Visual Studio控制器程序使用
  4.4  機器人窗口插件Robot Window Plugin
    4.4.1  機器人窗口設置和使用
    4.4.2  機器人窗口工作原理分析
    4.4.3  機器人窗口補充說明
  4.5  文件讀寫操作
第5章  Webots編程
  5.1  控制器程序編程
    5.1.1  編碼格式與習慣
    5.1.2  HelloWorld示例
    5.1.3  讀感測器示例
    5.1.4  使用執行器示例
    5.1.5  程序和場景對象的介面
    5.1.6  模擬周期和控制周期
    5.1.7  向控制器程序傳遞參數（C語言）
    5.1.8  向控制器傳遞參數（Python）
    5.1.9  多個機器人使用相同的控制器程序
    5.1.10  控制器程序退出
    5.1.11  Webots中的包含頭文件
  5.2  監控Supervisor節點編程
    5.2.1  Supervisor節點工作原理
    5.2.2  Supervisor節點示例1：基本操作

    5.2.3  Supervisor節點示例2：為場景對象施加力和力矩
    5.2.4  Supervisor節點常用函數和操作
  5.3  C語言程序框架
  5.4  Python語言程序框架
    5.4.1  無監督的程序框架
    5.4.2  有監督的程序框架
  5.5  C語言與Python語言編程的運行差異
  5.6  常用的庫
  5.7  常用函數
    5.7.1  列印輸出printf()
    5.7.2  格式化輸出ANSI_PRINTF_IN_BLACK()
    5.7.3  返回模擬步長wb_robot_get_basic_time_step()
    5.7.4  返回以秒為單位的系統模擬模擬時間wb_robot_get_time()
    5.7.5  返回項目路徑wb_robot_get_project_path()
    5.7.6  C語言機器人初始化wb_robot_init()與清理環境wb_robot_cleanup()
    5.7.7  獲取對象句柄wb_robot_get_device()
    5.7.8  設置電機位置wb_motor_set_position()
    5.7.9  設置電機速度wb_motor_set_velocity()
    5.7.10  獲取電機速度wb_motor_get_velocity()
    5.7.11  延時wb_robot_step()和自定義函數
第6章  兩輪差速機器人模擬
  6.1  搭建兩輪差速機器人模型
    6.1.1  添加機器人節點和車體
    6.1.2  添加差速車輪
    6.1.3  添加球輪
  6.2  編寫控制器程序
  6.3  練習題：搭建兩輪差速巡線機器人
第7章  四輪差速機器人模擬
  7.1  搭建基本的四輪差速機器人
  7.2  搭建具有基本避障功能的四輪差速機器人
  7.3  練習題1：搭建四輪差速巡線機器人
  7.4  練習題2：利用四輪差速機器人實現Bug2演算法
第8章  機器人底盤模擬
  8.1  全向輪的模擬
    8.1.1  全向輪模擬結構
    8.1.2  全向輪的控制
  8.2  麥克納姆輪的模擬
    8.2.1  麥克納姆輪模擬結構
    8.2.2  設計自己的麥克納姆輪小車
    8.2.3  麥克納姆輪小車的控制
  8.3  練習題：RoboCup機器人大賽中型組模擬系統
第9章  四足機器人模擬
  9.1  四足機器人模型的搭建
    9.1.1  使用嚮導建立項目
    9.1.2  添加機器人Robot節點
    9.1.3  添加機器人身體
    9.1.4  添加機器人頭部
    9.1.5  添加機器人右前腿
    9.1.6  添加機器人另外三條腿
  9.2  添加機器人控制器程序

    9.2.1  單腿逆運動學分析
    9.2.2  walk步態的說明
    9.2.3  trot步態的說明
  9.3  練習題：機器狗越障
第10章  無人機模擬
  10.1  直升機模擬
  10.2  四旋翼模擬
    10.2.1  飛行原理
    10.2.2  飛行控制系統
    10.2.3  PID控制演算法
    10.2.4  模擬
  10.3  練習題：四旋翼無人機群控
第11章  水下機器人模擬
  11.1  水下螺旋槳推進機器人
  11.2  水下仿生機器人
    11.2.1  salamander模擬案例
    11.2.2  animated_skin模擬案例
  11.3  練習題：螺旋槳水下機器人模擬
第12章  人形機器人模擬
  12.1  場景分析
    12.1.1  機器人類型轉換
    12.1.2  機器人關節及連桿
  12.2  程序分析
第13章  串聯機器人模擬
  13.1  使用Python的ikpy庫
  13.2  利用utils\motion.h播放關節角的動作序列
  13.3  練習題：協作機器人抓取物體
第14章  輪椅機器人模擬
第15章  軟體使用技巧
  15.1  模擬軟體中的對象大小
  15.2  場景編輯的撤銷功能
  15.3  保存功能
  15.4  軟體的易用性操作
  15.5  紋理、模型等資源文件的放置位置
  15.6  360安全軟體和殺毒軟體
  15.7  場景對象旋轉90°
    15.7.1  FLU、ENU和RUB、NUE坐標系統
    15.7.2  解決辦法
  15.8  節點無法顯示missing proto icon
  15.9  地面似乎有彈性
  15.10  從動輪的實現
  15.11  移動機器人的控制
  15.12  其他

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