OperaSim-AGX

Simulator on Unity + AGX Dynamics communicating with ROS

概要

• 油圧ショベル, クローラダンプ, ブルドーザと土砂の挙動を再現したシミュレータである
• Unityを使用する. 物理エンジンはAGX Dynamicsを使用する
  • 本シミュレータを実行する場合, Unity, AGX Dynamicsライセンスが必要である
• ROSメッセージを使って本シミュレータの建設機械を制御可能である
• 本シミュレータから建設機械の情報(関節の角度など)を含んだROSメッセージを受信可能である
• ROSメッセージの送受信にROS-TCP-Connectorを使用する

ソフトウェア要件

• Unity：2022.3.16f1
• AGX：2.37.3.0(X64 VS2022)
  • AGX (Core)
  • Particles
  • Granular
  • Terrain
  • Tracks

Unityで使用するパッケージ

初回プロジェクト読み込み時に自動的に追加される.
(もしも追加されなかった場合は手動で追加すること)

• AGXUnity: 5.0.1
• ROS-TCP-Connector: 0.7.0
• URDF-Importer: 0.5.2
• UnitySensors, UnitySensorsROS: 開発版

実行方法

• Unity Hubより, 本プロジェクトファイル(OperaSim-AGX)を追加

• 追加されたプロジェクトのタイトルを押し, Unity Editorで開く

• 建設機械のモデルが表示されていない場合には, プロジェクトウィンドウからAssets/Scenes/MainScene.unityをダブルクリックしてロードする

• Assets/AGXUnity/Plugins/x86_64のフォルダへAGX Dynamicsのライセンスファイルをコピー&ペースト

• RoboticsタブからROS Settingを開き、ROS TCP Endpointで接続するPCのIPアドレスおよびポート番号を入力する

• Playボタンを押してシミュレーションを実行

ROS通信

com3_rosで定義している独自のメッセージ型を使用している. メッセージ型の実装ははAssets/RosMessages/msgフォルダ内のソースコードに記載している.

油圧ショベル

ROS >> Unity

項目	トピック名	メッセージ型	備考
フロント (ブーム, アーム, バケット, 旋回) 動作指令	/車体名/front_cmd	com3_ros/msg/JointCmd	以下の順に指令値を格納すること 0: bucket_joint 1: arm_joint 2: boom_joint 3: swing_joint
左右クローラへの動作指令	/車体名/track_cmd	com3_ros/msg/JointCmd	以下の順に指令値を格納すること 0: left_track 1: right_track
車両中心の 並進移動速度/回転速度指令	/車体名/cmd_vel	Geometry_msg/msg/Twist	-
非常停止	/車体名/emg_stop_cmd	std_msgs/msg/Bool	true: その場で停止

Unity >> ROS

項目	トピック名	メッセージ型	備考
各関節の角度, 角速度	/車体名/joint_state	sensor_msgs/msg/JointState	以下の順で情報が格納される 0: bucket_joint 1: arm_joint 2: boom_joint 3: swing_joint 4: right_track_joint 5: left_track_joint
ローカル座標系における車両の中心姿勢	/車体名/odom_pose	nav_msgs/msg/Odometry	-
グローバル座標(平面直角座標)系における車両の中心姿勢	/車体名/global_pose	nav_msgs/msg/Odometry	-
油圧アクチュエータのメイン圧力	/車体名/main_fluid_pressure	com3_ros/sensor_msgs/FluidPressure	以下の順で情報が格納される 0: boom_up_main_pressure 1: boom_down_main_pressure 2: arm_crowd_main_pressure 3: arm_dump_main_pressure 4: bucket_crowd_main_pressure 5: bucket_dump_main_pressure 6: swing_right_main_pressure 7: swing_left_main_pressure 8: right_track_forward_main_prs 9: right_track_backward_main_prs 10: "left_track_forward_main_prs 11: left_track_backward_main_prs 12: attachment_a_main_pressure 13: attachment_b_main_pressure 14: assist_a_main_pressure 15: assist_b_main_pressure
油圧アクチュエータのパイロット圧力	/車体名/main_fluid_pressure	com3_ros/sensor_msgs/FluidPressure	以下の順で情報が格納される 0: boom_up_pilot_pressure 1: boom_down_pilot_pressure 2: arm_crowd_pilot_pressure 3: arm_dump_pilot_pressure 4: bucket_crowd_pilot_pressure 5: bucket_dump_pilot_pressure 6: swing_right_pilot_pressure 7: swing_left_pilot_pressure 8: right_track_forward_pilot_prs 9: right_track_backward_pilot_prs 10: "left_track_forward_pilot_prs 11: left_track_backward_pilot_prs 12: attachment_a_pilot_pressure 13: attachment_b_pilot_pressure 14: assist_a_pilot_pressure 15: assist_b_pilot_pressure
上部構造体の旋回角度	/車体名/upper_body_rot	sensor_msggs/msg/Imu	-
バケット内土量	/車体名/soil_volume	std_msg/msg/Float64	-

クローラダンプ

ROS >> Unity

項目	トピック名	メッセージ型	備考
旋回, ダンプの動作指令	/車体名/rot_dump_cmd	com3_ros/msg/JointCmd	以下の順で指令値を格納すること 0: rotate_joint 1: dump_joint
左右クローラへの動作指令	/車体名/track_cmd	com3_ros/msg/JointCmd	以下の順で指令値を格納すること 0: right_track 1: left_track
走行ボリュームの動作指令	/車体名/track_volume_cmd	com3_ros/msg/JointCmd	以下の順で指令値を格納すること 0: forward_volume 1: turn_volume それぞれのeffortに-1.0~1.0の値を設定する.
車両中心の 並進移動速度/回転速度指令	/車体名/cmd_vel	Geometry_msg/msg/Twist	-
非常停止	/車体名/emg_stop_cmd	std_msgs/msg/Bool	true: その場で停止

Unity >> ROS

項目	トピック名	メッセージ型	備考
各関節の角度, 角速度	/車体名/joint_state	sensor_msgs/msg/JointState	以下の順で情報が格納される 0: rotate_joint 1: dump_joint 2: right_track_joint 3: left_track_joint
ローカル座標系における車両の中心姿勢	/車体名/odom_pose	nav_msgs/msg/Odometry	-
グローバル座標(平面直角座標)系における車両の中心姿勢	/車体名/global_pose	nav_msgs/msg/Odometry	-
油圧アクチュエータのメイン圧力	/車体名/main_fluid_pressure	com3_ros/sensor_msgs/FluidPressure	-
油圧アクチュエータのパイロット圧力	/車体名/main_fluid_pressure	com3_ros/sensor_msgs/FluidPressure	-
上部構造体の旋回角度	/車体名/upper_body_rot	sensor_msggs/msg/Imu	-
バケット内土量	/車体名/soil_volume	std_msg/msg/Float64	-

ブルドーザ

ROS >> Unity

項目	トピック名	メッセージ型	備考
ブレード (リフト, チルト, アングル) 動作指令	/車体名/blade_cmd	com3_ros/msg/JointCmd	配列に以下の順に指令値を格納すること 0: lift_joint 1: tilt_joint 2: angle_joint
左右クローラへの動作指令	/車体名/track_cmd	com3_ros/msg/JointCmd	配列に以下の順に指令値を格納すること 0: right_track 1: left_track
車両中心の 並進移動速度/回転速度指令	/車体名/cmd_vel	Geometry_msg/msg/Twist	-
非常停止	/車体名/emg_stop_cmd	std_msgs/msg/Bool	true: その場で停止

Unity >> ROS

項目	トピック名	メッセージ型	備考
各関節の角度, 角速度	/車体名/joint_state	sensor_msgs/msg/JointState	以下の順で情報が格納される 0: lift_joint 1: tilt_joint 2: angle_joint 3: right_track_joint 4: left_track_joint
ローカル座標系における車両の中心姿勢	/車体名/odom_pose	nav_msgs/msg/Odometry	-
グローバル座標(平面直角座標)系における車両の中心姿勢	/車体名/global_pose	nav_msgs/msg/Odometry	-
油圧アクチュエータのメイン圧力	/車体名/main_fluid_pressure	com3_ros/sensor_msgs/FluidPressure	以下の順で情報が格納される 0: lift_up_main_pressure 1: lift_down_main_pressure 2: tilt_forward_main_pressure 3: tilt_back_main_pressure 4: angle_right_main_pressure 5: angle_left_main_pressure
油圧アクチュエータのパイロット圧力	/車体名/main_fluid_pressure	com3_ros/sensor_msgs/FluidPressure	以下の順で情報が格納される 0: lift_up_pilot_pressure 1: lift_down_pilot_pressure 2: tilt_forward_pilot_pressure 3: tilt_back_pilot_pressure 4: angle_right_pilot_pressure 5: angle_left_pilot_pressure
上部構造体の旋回角度	/車体名/upper_body_rot	sensor_msggs/msg/Imu	-

備考

• Pub/Sub方式で通信
• 上記表のトピック名にある「車体名」は建設機械モデルの名称で置き換えること
  • より具体的には,各建設機械モデルのルートのゲームオブジェクト名

オプション

指令値の設定

建設機械モデルはROS通信でROSからの指令によって動作する. 指令には次の3種類がある.

Movement Control Type

項目	説明
Actuator Command	建設機械の各関節それぞれに対して直接動作指令を行う
Twist Command	建設機械の移動速度,旋回速度を指定する
Volume Command	建設機械の移動速度,旋回速度を比率(-1.0~1.0)で指定する

Actuator Commandには次の3種類のオプションがある.

Control Type

項目	説明
Position	関節の角度の変化量を入力する
Speed	関節が移動する角速度を入力する
Force	関節が接続しているパーツに対して発生する力を入力する

建設機械モデルがどのパターンで入力を受け取るか,各モデルのインスペクタで設定できる.

1. HierarchyビューでMACHINESに配置されている建設機械モデルを選択
2. ???Inputという名前のスクリプトがアタッチされていることを確認する.???には建設機械のモデル名(Excavator, Dumptruck, Bulldozer)が入る
3. Movement Control Typeを選択する
4. Control Typeを選択する

なお,建設機械モデルごとに下記の入力パターンに対応している. 対応しているパターンについては,具体的なトピック名も記載した.

モデル	パターン	対応状況	トピック名
油圧ショベル	Actuator Command	対応	/車体名/front_cmd /車体名/track_cmd
油圧ショベル	Twist Command	対応	/車体名/cmd_vel
油圧ショベル	Volume Command	未対応	-
クローラダンプ	Actuator Command	対応	/車体名/rot_dump_cmd /車体名/track_cmd
クローラダンプ	Twist Command	対応	/車体名/cmd_vel
クローラダンプ	Volume Command	対応	/車体名/track_volume_cmd
ブルドーザ	Actuator Command	対応	/車体名/blade_cmd /車体名/track_cmd
ブルドーザ	Twist Command	対応	/車体名/cmd_vel
ブルドーザ	Volume Command	未対応	-