為機器人研究和開發提供仿真環境的CoppeliaSim軟件-金土石科技

CoppeliaSim軟件概述

在機器人學，自動化控制和虛擬現實等領域，CoppeliaSim（原V-rep）是一款備受推崇的先進的強大的跨平臺的具有集成開發環境的機器人仿真模擬器軟件。被稱為機器人仿真模擬“瑞士”。

CoppeliaSim基于分布式控制體系結構：每個對象/模型可以通過嵌入式腳本、插件、ROS或BlueZero節點、遠程API客戶端或定制解決方案進行單獨控制。這使得CoppeliaSim非常通用，是多機器人應用的理想選擇。控制器可以用C/C++、Python、java、Lua、MATLAB來編寫。

CoppeliaSim旨在為機器人研究和開發提供仿真環境。它可以幫助用戶進行機器人建模、編程和仿真，并提供了豐富的工具和庫，如機器人運動學、動力學模型等。CoppeliaSim支持多種編程語言，如Python、C++、Lua等，并具有易于使用的GUI界面，使得用戶可以輕松地創建、控制和監視機器人仿真。

CoppeliaSim 使用運動學引擎進行正向和反向運動學計算，并使用多個物理模擬庫（Bullet、ODE、Vortex、Newton Game Dynamics）來執行剛體模擬。通過將各種對象（網格、關節、各種傳感器、點云、OC 樹等）組裝成層次結構來構建模型和場景。插件提供的附加功能包括：運動規劃（通過OMPL）、合成視覺和成像處理（例如通過OpenCV）、碰撞檢測、最小距離計算、自定義圖形用戶界面和數據可視化（例如通過繪圖）。

相較于在真實環境中調試，利用模擬環境先進行算法調試，確認無誤后再部署到實體機器上，不僅提高了安全性，還能顯著加速開發進程。此外，鑒于某些機器人硬件成本高昂且對物理環境要求苛刻，許多科研人員更傾向于采用低成本的方式進行訓練。因此，機器人模擬器得以廣泛應用。

CoppeliaSim已經被廣泛用于快速算法開發、工廠自動化仿真、快速原型和驗證、機器人相關教育、遠程監控、安全雙重檢查、數字孿生等。是廣泛用于工業、教育和研究的機器人模擬器。

CoppeliaSim體系架構

CoppeliaSim 是一個基于CoppeliaSim庫的集成應用程序，它允許通過算法、系統和配置原型設計、運動學設計和數字孿生創建等來測試和驗證復雜的機器人系統。CoppeliaSim 可以被視為一個可配置的仿真抽象層，提供了極大的靈活性和敏捷性。

主要功能：

●五種物理引擎：MuJoCo、Bullet、ODE、Vortex和Newton，Drake即將推出

●分布式控制架構：每個對象/模型可以通過嵌入腳本、插件或外部客戶端單獨控制

●多種編程語言：C/C++、Python、Lua、Java、MATLAB等

●廣泛的功能：動力學、運動學、碰撞檢測、最小距離計算、體積接近傳感器、力/扭矩傳感器、視覺傳感器、點云、OC樹、圖像處理、路徑規劃、運動庫、自定義用戶界面、廣泛的導入導出功能等

●各種通信接口：ROS/ROS2、ZeroMQ、遠程API、事件、WebSocket等

●場景和模型在不同平臺上可移植

體系架構概覽圖：

場景/模型/對象

場景

●包含模型和對象

● 具有觸發變更事件的屬性

模型

● 由對象和其他可能的模型組成

● 具有觸發變更事件的屬性

對象

●通過父子關系連接，可能還通過其他約束條件

● 具有觸發更改事件的屬性

● 有多種類型：網格、關節/電機、相機、燈光、參考框架、接近傳感器、視覺傳感器、力傳感器、路徑、圖、點云、八叉樹、腳本對象

腳本對象：特殊對象

●CoppeliaSim仿真分布式控制架構的核心

● 可運行嵌入式Python或Lua代碼

● 可以使用多線程或非多線程方式運行

● 用于控制、定制、接口、監控、通信等

屬性和事件

所有內部變量或狀態都可以作為屬性處理：它們可以是各種類型（例如布爾值、整數、浮點數、表格、四元數等），修改它們會觸發事件，這些事件可以被腳本、插件和擴展程序訂閱。