[论文解读] WebotsTM: Professional Mobile Robot Simulation

Olivier Michel|ArXiv.org|Dec 11, 2004

Multi-Agent Systems and Negotiation参考文献 6被引用 119

一句话总结

本文介绍了由Cyberbotics Ltd.与EPFL合作开发的专业移动机器人仿真平台WebotsTM，通过可定制的建模、传感器/执行器集成以及与真实机器人的无缝代码迁移，支持移动机器人的快速原型开发。其主要贡献在于提供了一个成熟、文档完善且持续维护的仿真环境，适用于科研与工业应用的跨平台部署。

ABSTRACT

Cyberbotics Ltd. develops WebotsTM, a mobile robotics simulation software that provides you with a rapid prototyping environment for modelling, programming and simulating mobile robots. The provided robot libraries enable you to transfer your control programs to several commercially available real mobile robots. WebotsTM lets you define and modify a complete mobile robotics setup, even several different robots sharing the same environment. For each object, you can define a number of properties, such as shape, color, texture, mass, friction, etc. You can equip each robot with a large number of available sensors and actuators. You can program these robots using your favorite development environment, simulate them and optionally transfer the resulting programs onto your real robots. WebotsTM has been developed in collaboration with the Swiss Federal Institute of Technology in Lausanne, thoroughly tested, well documented and continuously maintained for over 7 years. It is now the main commercial product available from Cyberbotics Ltd.

研究动机与目标

• 为设计、编程和测试移动机器人提供一个全面且用户友好的仿真环境。
• 实现从仿真到多种商用现成移动机器人平台的控制程序无缝迁移。
• 支持多个机器人共享同一环境的复杂机器人系统构建。
• 提供对机器人属性（包括形状、质量、摩擦系数及纹理）的广泛自定义功能。
• 通过与EPFL合作及持续开发，确保长期可维护性与工业可用性。

提出的方法

• WebotsTM 允许用户通过自定义物理属性（如形状、颜色、纹理、质量及摩擦系数）来建模机器人。
• 该软件提供预定义的传感器与执行器库，可附加至机器人以实现逼真的仿真。
• 用户可使用外部开发环境对机器人进行编程，并在虚拟环境中仿真其行为。
• 仿真中编写的控制代码可直接迁移至真实机器人，支持软硬件协同测试。
• 该平台支持多机器人场景，允许多个机器人在同一仿真环境中共存并相互交互。
• WebotsTM 基于稳健且可扩展的架构构建，已历经七年以上测试与维护。

实验结果

研究问题

• RQ1 仿真平台如何在最小设置开销下支持移动机器人的快速原型开发？
• RQ2 为实现真实机器人行为的逼真仿真与实际部署，所需仿真保真度与可配置性应达到何种水平？
• RQ3 仿真工具如何确保在多个真实机器人平台之间的兼容性与代码重用性？
• RQ4 哪些架构与设计选择能够支持机器人仿真工具的长期可维护性与工业采用？
• RQ5 如何在单一统一框架内有效建模与仿真多机器人环境？

主要发现

• WebotsTM 成功提供了一个完整、专业级的移动机器人仿真环境，支持从设计到实际部署的全生命周期开发。
• 该平台实现了仿真控制程序到真实机器人的直接迁移，显著缩短开发周期并提升代码重用率。
• 软件支持具有共享环境的复杂多机器人仿真，有助于研究机器人之间的交互与协同行为。
• 对机器人属性（包括物理与视觉特征）的广泛自定义增强了仿真的真实感与灵活性。
• 与EPFL的合作以及七余年的持续维护，显著提升了该工具的成熟度、可靠性与广泛应用。
• WebotsTM 现已成为Cyberbotics Ltd.的主要商业产品，彰显其在机器人科研与工业领域的稳固地位。