Симулятор мобильных роботов RobSim

Общие сведения и функциональное назначение
Описание логической структуры программного комплекса
Используемые технические средства, вызов и загрузка
Входные данные

В настоящее время программный комплекс (ПК) RobSim используется в следующих направлениях:

   – обучение операторов мобильных роботов, используемых в системе госкорпорации "Росатом" и смежных организаций, основным навыкам работы с ними, отработка типовых манипуляций;
   – оперативное создание сцен для отработки технологии ликвидации последствий чрезвычайных происшествий с использованием мобильных роботов.

ПК RobSim даёт возможность новичку освоить основные приемы управления работами на виртуальной сцене. Его использование позволяет существенно ускорить и обезопасить процесс обучения, что, в конечном итоге, существенно сокращает общие затраты. Развитая вычислительная техника и методы математического моделирования обеспечивают возможность для создания комплексов, позволяющих моделировать движение робота и его взаимодействие с элементами сцены с приемлемой правдоподобностью.

ПК RobSim включает несколько заранее подготовленных сцен и роботов. Кроме того, пользователь имеет возможность разрабатывать собственные модели сцен и роботов. Актуальная на настоящий момент версия программного комплекса RobSim – 5.0.

Программный комплекс RobSim 5 состоит из следующих компонентов. 

Программная оболочка Robsim5.exe. Оболочка представляет собой интерфейс пользователя для выбора сцен и роботов, участвующих в симуляции, c  последующим запуском режима тренировки. Оболочка загружает модуль моделирования системы управления CtrlPanelDll.dll, подсистемы моделирования динамики UMCOMSolver.dll и визуализации виртуальных сцен ViewWnd.dll и обеспечивает централизованный обмен данными между этими подсистемами в процессе тренировки. В режиме тренировки обеспечивается возможность конфигурирования рабочего пространства в виде полиэкранного представления – в отдельных портах области вывода отображаются разные средства наблюдения и пульты робототехнической системы. Обеспечивается загрузка различных конфигураций.

Подсистема моделирования системы управления CtrlPanelDll.dll предназначена для моделирования структурной логики и пультов систем управления робототехнических средств и манипуляторов. Обеспечивает загрузку файлов системы управления формата ctp, визуализацию и интерактивное управление элементами виртуальных пультов с помощью манипулятора мыши, а  также расчет структурных схем системы управления в реальном режиме времени. Результаты расчета системы управления передаются в модуль расчета динамики через программную оболочку в виде сигналов двигателей.

Подсистема моделирования динамики UMComSolver.dll предназначена для моделирования динамики сцен в реальном режиме. Программная оболочка конвертирует сцены и роботы из файлов s3d и r3d в формат подсистемы моделирования динамики dat. Моделируемые динамические элементы включают тела, шарниры, аппроксимирующие контактные контейнеры, линейные и вращательные двигатели и повторители, колеса с разными типами подвесок, сменный инструмент, пружины, дифференциалы, датчики столкновений и т.д. В результате расчета динамики формируются данные о положении и ориентации элементов сцены и робота, которые далее передаются в систему визуализации через программную оболочку.

Подсистема визуализации виртуальных сцен ViewWnd.dll предназначена для высококачественной визуализации виртуальных трехмерных сцен в реальном режиме времени. Модуль визуализации осуществляет загрузку сцен формата gls, экспортированных из системы трехмерного моделирования 3ds Max и обеспечивает их визуализацию с максимально возможным соответствием исходному виду в системе моделирования. Подсистема поддерживает визуализацию поверхностей со сложными материалами, включающими текстуры отражения, прозрачности и рельефа; позволяет моделировать сложное попиксельное освещение на основе технологии шейдеров. Модуль имеет возможность синтеза изображения в нескольких конфигурируемых портах с разными средствами наблюдения; а также позволяет проводить визуализацию виртуальных сцен в стереорежиме с использованием различных технологий стереоотображения. Управление элементами и параметрами сцены осуществляется с помощью набора интерфейсных функций динамической библиотеки.

Программа CtrlPanel.exe, входящая в состав программного комплекса, предназначена для описания систем управления роботов и сцен. Разработанные системы управления записываются в файлы ctp, которые в режиме тренировки загружаются и обрабатываются подсистемой моделирования системы управления.

Создание моделей сцен и роботов выполняется в программе 3ds Max. Поддерживаются следующие версии 3ds Max: 5.0, 7.0, 9.0 и 2009. Для этого программного комплекса специально разработан плагин, который дает возможность назначения для объектов их математических моделей, а также возможность экспорта этих моделей в специальном формате r3d для роботов и s3d для сцен для последующей загрузки в ПК RobSim.

ПК RobSim 5 выполняется под управлением операционных систем Microsoft Windows XP/Vista/7. ПК RobSim 5 распространяется в виде инсталляционного пакета, который после интерактивной установки развертывает все компоненты программного комплекса. Инсталляционный пакет выполняет все действия по регистрации компонентов комплекса в операционной системе и в программе 3ds Max. Инсталляционный пакет устанавливает все настройки программного комплекса по умолчанию, дополнительных обязательных действий после установки не требуется.

Для вызова ПК RobSim 5 запустите файл RobSim5.exe в каталоге menu. Для запуска Редактора системы управления запустите файл CtrlPanel.exe из каталога ctrlpanel.

Исходными данными для программного комплекса являются модели сцен и роботов, созданные в среде 3ds Max, имеющие расширение max. Специальный плагин для 3ds Max, поставляемый вместе с ПК RobSim 5 экспортирует эти данные в специальном формате r3d для роботов и s3d для сцен для последующей загрузки в RobSim. Отдельный плагин экспортирует данные для последующей визуализации в формате gls. Пульты управления сценами и роботами создаются в Редакторе системы управления и сохраняются в ctp-файлах.