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CoppeliaSim軟件概述

在機器人學，自動化控制和虛擬現(xiàn)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(fā)環(huán)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(jié)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�？刂破骺梢杂�C/C++、Python、java、Lua、MATLAB來編寫。

CoppeliaSim旨在為機器人研究和開發(fā)提供仿真環(huán)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(chuàng)建、控制和監(jiān)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(zhí)行剛體模擬。通過將各種對象（網(wǎng)格、關節(jié)、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(guī)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(shù)據(jù)可視化（例如通過繪圖）。

相較于在真實環(huán)境中調(diào)試，利用模擬環(huán)境先進行算法調(diào)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(fā)進程。此外，鑒于某些機器人硬件成本高昂且對物理環(huán)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(jīng)被廣泛用于快速算法開發(fā)、工廠自動化仿真、快速原型和驗證、機器人相關教育、遠程監(jiān)控、安全雙重檢查、數(shù)字孿生等。是廣泛用于工業(yè)、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(tǒng)和配置原型設計、運動學設計和數(shù)字孿生創(chuàng)建等來測試和驗證復雜的機器人系統(tǒng)。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(guī)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(fā)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(fā)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(fā)更改事件的屬性

● 有多種類型：網(wǎng)格、關節(jié)/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(jiān)控、通信等

屬性和事件

所有內(nèi)部變量或狀態(tài)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(shù)、浮點數(shù)、表格、四元數(shù)等），修改它們會觸發(fā)事件，這些事件可以被腳本、插件和擴展程序訂閱。