以UR5为例浅析V-REP中的逆向运动学 - Overview of IK in V-REP: Take UR5 for illustration

OS: Win10 x64
V-REP: V-REP PRO EDU 3.5.0
MATLAB: 2016b

下面我们来聊一聊V-REP中的机械臂逆向运动学问题。这里我们以UR5的为例进行介绍。对于想要深入了解V-REP逆向运动学的读者，请参考官方手册和官方教程。

我们假设你对V-REP的基本操作有一定了解。

实用性考虑，我们这里介绍V-REP逆解的快速玩法，对于细节不做过多深究。你没有必要完全掌握V-REP逆解基础，但是也建议稍加了解。

V-REP逆解概述

V-REP提供多种求逆解的模式，每种各有特色，当然你也可以穿插着使用，但同一时间智能用一种。穿插使用的方法是设定不同的范围启用不同的逆解模式，这种方式有些复杂。V-REP安装文件夹下提供了各种不同方式的示例场景，在

YOUR_INSTALL_PATH\V-REP3\V-REP_PRO_EDU\scenes\ik_fk_simple_examples

下可以找到。建议学习之前先看一下每一个例子，当然不看也不影响你阅读下面的内容。

一个例子：UR5的V-REP逆解

这里我们仅以UR5为例，一步一步介绍如何在V-REP中添加逆解。注意此时我们采用的是V-REP模型浏览器中自带的UR5，也不修改各个模块的名称。这里我们从零开始搭建。官方也给出了一个完整的实验环境：

YOUR_INSTALL_PATH\V-REP3\V-REP_PRO_EDU\scenes\ur5WithRg2Grasping

下面我们一步一步来搭建我们的环境。

Step 1: 搭建你的V-REP仿真环境。

新建一个V-REP环境，将UR5拖拽到环境中，并将RG2安装在UR5末端即可。主要不要修改每个模块的名称。如果你对这些操作不太熟悉，建议直接从Github上下载这个工具包：

[email protected]:philthinker/ICECUBE-VREPToolbox.git

打开其中的 UR5plusRG2.ttt 环境。

Step 2: 添加你的 IKTip。

添加一个dummy，dummy在V-REP 中是最简单的模型。然后调整其位置到（-3.7658e-1，+0e+0，+1.0013e+0），注意此时我们假设你的UR的坐标是（+0e+0，+0e+0，+1.4650e-2）。如果你调整的UR的位置，那么这个dummy的位置也需要左相应的调整。当然也没有这么死板，只要将其放在你认为的夹持器工作中心即可。然后将其重命名为 UR5_tip。

添加完成后，将其与UR5建立关联。选中UR5_tip，然后按住Ctrl按键再选中UR6_link7，然后[Menu bar –> Edit –> Make last selected object parent]。

Step 3:添加你的 IKTarget。

复制 UR5_tip，黏贴并重命名为 UR5_target。

Step 4:创建你的Tip-Target对。

打开UR5_tip的属性窗口，按照下图设置：

完成后你可以看到UR5_tip 和 UR5_target 由一条红线连接。配对完成。

Step 5:创建 IK Group。

现在你只是创建了两个关联的dummy，下面我们为其指定逆解组。打开Inverse kinematics dialog，添加一个新的 IK group，并将其更名为UR5：

完成后按照上图进行设置，点击 Edit IK elements。在IK Group dialog中，在左上角的下拉菜单中选择UR5_tip，然后点击 Add new IK elemtn with tip。此时IK elements 列表中会添加一项 UR5_tip。点击UR5_tip，在下方的Kinematic chain section 中，将Base设置为 UR5。在下方的Constraints section 中勾选所有复选框，完成后关闭IK Group dialog。

此处关于 Inverse kinematics dialog中各个复选框的含义请参考官方文档说明。

Step 5:完成。

好了，现状你已经基本完成逆解的配置，你可以将UR5_target dummy合并到UR5下，并将UR5_tip 和 UR5_target的 Visibility 属性调整到第11层使它们隐藏。当然这都不是必须的。

下面做一个简单的测试。注意这里的测试方法与官方教程中给出的不同，对于想深入了解V-REP逆解机制的读者可以参考官方教材进行操作，然而对于想快速入门的读者不建议这样做，因为因为太费时，而且是没必要的。测试方式如下：

1. 打开UR5的script。
2. 删除原有代码，输入如下代码。
3. 运行仿真，观测UR5的动作。可以看到它的末端走了一个方形的四个顶点。

有关逆解的常用API

下面列举一些常用的有关逆解的Lua API。

1. sim.getObjectMatrix 获取场景中对象的变换矩阵（H）。
2. sim.setObjectMatrix 设置场景中对象的变换矩阵（H）。
3. sim.setJointMode 设置某关节控制模式。
4. sim.getIKGroupHandle 获取IK Group的引用。
5. sim.getObjectPosition 获取场景中某个对象的位置。
6. sim.getObjectQuaternion 获取场景中某个对象的姿态（四元数）。
7. sim.rmlMoveToJointPosition 关节空间运动规划。
8. sim.rmlMoveToPosition 笛卡尔空间运动规划。

以上是常用的，其它相关的请参考这里。