配置机器人与障碍物#

要在环境中有效地模拟机器人，需要定义并配置多项机器人参数。

机器人配置参数#

仿真中的每个机器人都通过 YAML 配置文件中的参数定义。下面是一个简单示例：

对应的 Python 脚本与 YAML 配置如下：

import irsim

env = irsim.make('robot_world.yaml')

for i in range(1000):

    env.step()
    env.render(0.05)

    if env.done():
        break

env.end()

world:
  height: 10 
  width: 10   

robot:
  kinematics: {name: 'diff'}  
  shape: {name: 'circle', radius: 0.2}  
  state: [1, 1, 0]  
  goal: [9, 9, 0] 
  color: 'g'
  plot:
    show_trajectory: True
    show_goal: True

关键参数说明#

  • kinematics： 定义机器人的运动学模型，可选 'omni'、'omni_angular'、'diff'、'acker'。

    • 'omni'：全向轮，可向任意方向移动（无朝向控制）。

    • 'omni_angular'：带偏航角速度控制的全向移动（可独立平移和旋转）。

    • 'diff'：差速驱动，可前后移动并旋转。

    • 'acker'：阿克曼转向，常用于车式机器人。

运动学对比：

运动学

控制输入

典型用途

可原地旋转？

omni

[forward, lateral] —— 机体坐标系速度

全向机器人、无人机

✗ 不可以

omni_angular

[forward, lateral, yaw_rate] —— 机体坐标系速度 + 偏航角速度

带朝向的全向机器人

✓ 可以

diff

[v, ω] —— 线速度与角速度

双轮机器人

✓ 可以

acker

[v, φ] —— 线速度与转向角

汽车及车式机器人

✗ 不可以

  • shape： 指定机器人的物理形状与尺寸，可选 'circle'、'rectangle'、'polygon'、linestring。

    • circle：给定半径的圆形机器人。

    • rectangle：具有特定长宽的矩形机器人。

    • polygon：多边形机器人。

    • linestring：由线段组成的形状。

  • state： 定义机器人在环境中的初始位置与朝向。

  • goal： 指定机器人的目标位置与朝向。

  • plot（可选）：设置机器人的可视化样式。参见 plot()。

当设置了 kinematics 时，机器人默认使用 dash 行为从起始位置直接移动到目标。

说明#

  • env.step()： 将仿真推进一个时间步。可通过 env.step(velocity) 注入控制指令以运行自定义算法，velocity 对应机器人 kinematics。详情见 env.step。

  • env.render(0.05)： 以 0.05 秒间隔渲染环境状态。详情见 env.render。

  • env.done()： 检查是否满足终止条件（如达到目标或发生碰撞）。详情见 env.done。

  • env.end()： 优雅结束仿真并释放资源，确保干净退出。详情见 env.end。

备注

rda_planner 展示了如何通过 env.step(velocity) 运行自定义控制算法。

备注

在 kinematics 字典中将 noise 设为 True，即可为机器人或障碍物的运动学添加高斯噪声。详见 kinematics。

障碍物配置参数#

仿真中障碍物的参数与机器人类似。下例展示了在 YAML 中添加多类障碍物并复用同一 Python 脚本。


import irsim

env = irsim.make('robot_world.yaml')

for i in range(1000):

    env.step()
    env.render(0.05)

    if env.done():
        break

env.end()

world:
  height: 10 
  width: 10   

robot:
  kinematics: {name: 'diff'}  
  shape: {name: 'circle', radius: 0.2}  
  state: [1, 1, 0]  
  goal: [9, 9, 0] 
  color: 'g'
  plot:
    show_trajectory: True
    show_goal: True

obstacle:
  - shape: {name: 'circle', radius: 1.0}  # radius
    state: [5, 5, 0]  
  
  - shape: {name: 'rectangle', length: 1.5, width: 1.2}  # length, width
    state: [6, 5, 1] 

  - shape: {name: 'linestring', vertices: [[5, 5], [4, 0], [1, 6]] }  # vertices
    state: [0, 0, 0] 
    unobstructed: True

  - shape:
      name: 'polygon'
      vertices: 
        - [4.5, 4.5]
        - [5.5, 4.5]
        - [5.5, 5.5]
        - [4.5, 5.5]
参数选择

关键参数说明#

  • unobstructed：设为 True 时，该对象不参与碰撞检测。

备注

机器人与障碍物的主要区别：

Parameter

Robot Default

Obstacle Default

role

"robot"

"obstacle"

color

Varies

"k" (black)

kinematics

User-defined

None (static)

behavior

{name: 'dash'} if kinematics set

None (static)

配置提示：

  • 若未设置 kinematics，障碍物将保持静止

  • 同时配置 kinematics 与 behavior 可让障碍物移动

  • 列表中使用 - 定义每个新的机器人/障碍物

警告

请确保障碍物不要放在机器人初始位置，否则仿真开始时就会发生碰撞。

多机器人/障碍物的高级配置#

若要在同一环境中模拟多个机器人与障碍物，只需在配置中设置它们的 number 与 distribution。下面是一个包含多个机器人和障碍物的示例：


import irsim

env = irsim.make('robot_world.yaml')

for i in range(1000):

    env.step()
    env.render(0.05)

    if env.done():
        break

env.end()

world:
  height: 10  # the height of the world
  width: 10   # the width of the world

robot:
  - number: 2
    distribution: {name: 'manual'}
    kinematics: {name: 'diff'}
    shape: 
      - {name: 'circle', radius: 0.2}  # radius
    state: 
      - [1, 1, 0]  
      - [2, 1, 0]
    goal:
      - [9, 9, 0] 
      - [9, 2, 0]
    color: 
      - 'royalblue'
      - 'red'
  
  - number: 4
    distribution: {name: 'random'}
    kinematics: {name: 'diff'}
    shape: 
      - {name: 'circle', radius: 0.2}  # radius
    color: 
      - 'pink'


obstacle:
  - number: 4
    distribution: {name: 'manual'}
    state: [[4, 8], [1, 3], [1, 0], [5, 2]]
    shape:
      - {name: 'circle', radius: 0.2}  # radius
      - {name: 'circle', radius: 0.1}  # radius
    color: 'k'

备注

  • distribution 参数用于控制机器人和障碍物的布局，可选 'manual' 或 'random'。更多细节见 YAML 配置。

参数选择