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ROV

Forrest2025/2/21...大约 18 分钟科研

ROV

ISAAC SIM

Worksation installation

  • 前置条件

    • Ubuntu: 20.04
    • Isaac Sim: 4.2.0
    • CUDA Toolkits: 11.7

  • 安装流程

    • 从师兄那里拿到 isaac sim 4.2.0 的安装包并解压

    • CUDA 安装

      • 安装 CUDA11.7，官方网站，推荐使用 runfile(local) 方式安装，其他两个似乎会在apt install cuda时下载最新版本
      • 运行sudo sh cuda_11.7.0_515.43.04_linux.run时，查看/var/log/cuda-installer.log文件会有报错：
        [INFO]: Executing NVIDIA-Linux-x86_64-515.43.04.run --ui=none --no-questions --accept-license --disable-nouveau --no-cc-version-check --install-libglvnd  2>&1
[INFO]: Finished with code: 256
[ERROR]: Install of driver component failed.
[ERROR]: Install of 515.43.04 failed, quitting
        解决方法是：在安装时取消deiver选项，后期手动安装
      • NVIDIA 官方网站下载主机显卡对应的驱动，下载拿到的是.run程序，直接在控制台输入文件名./*.run运行即可。
      • sudo vim ~/.bashrc 编辑启动文件，加入下面两行：
        export PATH=/usr/local/cuda-11.7/bin:$PATH
export LD_LIBRARY_PATH=/usr/local/cuda-11.7/lib64:$LD_LIBRARY_PATH
      • source ~/.bashrc
      • 运行nvcc -V，如有11.7版本输出，则可认为安装成功。重启电脑

    • Torch 环境安装 我采用的是 poetry 做环境管理（理论上 conda 也可以安装，参考官网）

      • poetry 环境是根据 .toml 文件安装包的，而 Isaac-sim 只提供了 environment.yml 依赖文件，所以需要手动转成.toml文件

      • 我的.toml文件如下

        pyproject.toml
        [tool.poetry]
name = "isaac-sim-4-2-0"
version = "0.1.0"
description = ""
package-mode = false
authors = ["<username>-linux <1399541701@qq.com>"]
packages = [{include = "isaac_sim_4"}]

[tool.poetry.dependencies]
python = "^3.10"
stable-baselines3 = "2.0.0"
tensorboard = "2.11.0"
tensorboard-plugin-wit = "1.8.1"
protobuf = "3.20.3"
torch = { version = "*", source = "torch" }
torchvision = { version = "*", source = "torch" }
torchaudio = { version = "*", source = "torch" }

[[tool.poetry.source]]
name = "torch"
url = "https://download.pytorch.org/whl/cu117"
priority = "explicit"

[build-system]
requires = ["poetry-core"]
build-backend = "poetry.core.masonry.api"

      • 在Isaac Sim安装文件根目录下（就是师兄给的那个压缩包）

      • 执行poetry new <package name> 创建项目

      • 执行poetry init 创建 .toml 文件

      • 修改.toml文件

      • 执行poetry install安装环境

    • 运行 isaac sim

      • 执行poetry run isaac-sim.selector.sh，然后点击第一项Isaac Sim启动
      • 等待一会儿后即可正常启动~首次加载会比较慢

ISAAC LAB 安装

我的设置不适用于大多数人，因为执着于用 poetry 管理包环境（

  1. 编辑~/.bashrc，设置 ISAASIM 的根目录
# Isaac Sim root directory
export ISAACSIM_PATH="${HOME}/.local/share/ov/pkg/isaac-sim-4.2.0"
  1. 设置python执行环境（问题分析）

这步有些复杂了。下面是官网要求的配置项：

# Isaac Sim python executable
export ISAACSIM_PYTHON_EXE="${ISAACSIM_PATH}/python.sh"

但是这有个问题，这个启动脚本会构建一个纯粹的、自包含的运行环境。它会把 Isaac Sim 自己的内部库路径添加到 PYTHONPATH 中，而不知道 poetry 所生成的虚拟环境，无法读取到需要的包。所以会出现两个矛盾的情况：

  • 如果用${ISAACSIM_PYTHON_EXE}启动脚本，会无法读取 poetry 管理的包，提示no module ...
  • 如果用poetry run python启动脚本，会丢失相关isaacsim的相关启动文件，提示no module 'isaacsim' found，所以应该采取一个两种兼顾的方法。
  1. 在isaac sim根目录下设置run.sh脚本文件，设置如下，即：把 poetry 环境下安装的包和依赖，都一并传给${ISAACSIM_PATH}/python.sh作为启动文件，这样启动 python 脚本就既可以拿到isaacsim的启动文件，又能拿到 poetry 虚拟环境下的库文件。
run.sh
#!/bin/bash

# 检查是否提供了脚本参数
if [ -z "$1" ]; then
    echo "错误: 请提供一个要执行的 Python 脚本路径。"
    echo "用法: ./run.sh path/to/your/script.py"
    exit 1
fi

# 动态获取 Poetry 管理的 site-packages 目录路径
# 这使得脚本非常健壮，即使虚拟环境的位置改变也能工作
POETRY_SITEPACKAGES=$/home/<username>/data/isaac-sim-4.2.0/.venv/lib/python3.10/site-packages

# 设置 ISAACSIM_PATH，如果它没有被设置为环境变量的话
# 修改成你自己的 Isaac Sim 安装路径
ISAACSIM_ROOT=${ISAACSIM_PATH:-"/home/<username>/data/isaac-sim-4.2.0"}

echo "使用的 Poetry site-packages: $POETRY_SITEPACKAGES"
echo "使用的 Isaac Sim 根目录: $ISAACSIM_ROOT"
echo "-----------------------------------------------------"

# 使用 PYTHONPATH 环境变量来运行 Isaac Sim
# "$@" 会将所有传递给 run.sh 的参数原封不动地传递给 python.sh
PYTHONPATH=$POETRY_SITEPACKAGES $ISAACSIM_ROOT/python.sh "$@"

同时，设置ISAACSIM_PYTHON_EXE环境变量为该脚本，即：在~/.bashrc文件内添加环境变量：

export ISAACSIM_PYTHON_EXE="${ISAACSIM_PATH}/run.sh"

这样就可以按照官网所述正常运行脚本：

${ISAACSIM_PYTHON_EXE} ${ISAACSIM_PATH}/standalone_examples/api/omni.isaac.core/add_cubes.py
  1. 克隆 IsaacLab 仓库，官网建议先 fork 再 clone
git clone git@github.com:<username>/IsaacLab.git
cd IsaacLab
  1. 创建 Isaac Sim 符号链接
ln -s path_to_isaac_sim _isaac_sim
# For example: ln -s /home/nvidia/.local/share/ov/pkg/isaac-sim-4.2.0 _isaac_sim
  1. 安装相关依赖
sudo apt install cmake build-essential
  1. 安装需要的库，依旧想用 poetry 做包管理，所以修改如下所示：
详情

分析得非常到位！这是一个绝佳的问题，因为它直接触及了如何将一个规范的、通用的开发工具（Poetry）集成到一个有自己特定启动和环境逻辑的大型框架（Isaac Lab）中的核心。

答案是：是的，为了让 Poetry 无缝工作，您需要对 isaaclab.sh 脚本进行一些精准的、最小化的修改。

这个脚本设计得非常智能，但它的核心逻辑是围绕 Conda 和 Isaac Sim 原生二进制安装 这两种模式构建的，它本身并不认识 Poetry。

我们将通过修改脚本，让它能够识别并优先使用 Poetry 环境。

分析：isaaclab.sh 的关键冲突点

在您集成 Poetry 的工作流中，这个脚本有两大核心冲突点：

  1. extract_python_exe() 函数：这是最重要的函数。它负责决定“哪个 Python”将被用来执行命令（安装、测试、运行脚本等）。

    • 它会优先检查 Conda 环境 (CONDA_PREFIX)。
    • 如果不是 Conda，它会默认使用 Isaac Sim 的启动器 _isaac_sim/python.sh。
    • 问题：它永远不会找到并返回您由 Poetry 创建的 .venv 虚拟环境中的 Python 解释器。

  2. -i, --install 命令：

    • 这个命令会调用 extract_python_exe() 来找到 Python，然后直接使用 pip install。
    • 问题：这会完全绕过 Poetry 的依赖解析和 poetry.lock 文件，直接将库安装到 Isaac Sim 的原生环境或 Conda 环境中，从而破坏了使用 Poetry 的初衷。

修改策略：注入 Poetry 逻辑

我们的目标是在不破坏脚本原有功能的前提下，让它优先识别 Poetry 环境。我们将进行两处关键修改。

第 1 步：修改 extract_python_exe() 函数

这是最核心的修改。我们要在这个函数的最开始，加入一段逻辑来检测 Poetry 环境。如果检测到了，就直接返回 Poetry 环境中的 Python 路径，并结束函数；如果没有，就让函数继续执行它原来的 Conda 和原生逻辑。

找到 extract_python_exe() 函数，将其完全替换为以下内容：

# extract the python from isaacsim
extract_python_exe() {
    # -- START: POETRY MODIFICATION --
    # 1. Check if poetry is installed and a pyproject.toml exists in the project root.
    if command -v poetry &> /dev/null && [ -f "${ISAACLAB_PATH}/pyproject.toml" ]; then
        # 2. Ask poetry for the path to its virtual environment.
        local poetry_venv_path
        poetry_venv_path=$(poetry env info -p 2>/dev/null)
        # 3. If a path is returned, construct the path to the python executable.
        if [ -n "${poetry_venv_path}" ]; then
            local poetry_python_exe="${poetry_venv_path}/bin/python"
            # 4. If that python executable actually exists, use it.
            if [ -f "${poetry_python_exe}" ]; then
                echo "${poetry_python_exe}"
                return 0
            fi
        fi
    fi
    # -- END: POETRY MODIFICATION --

    # == ORIGINAL SCRIPT LOGIC (as a fallback) ==
    # check if using conda
    if ! [[ -z "${CONDA_PREFIX}" ]]; then
        # use conda python
        local python_exe=${CONDA_PREFIX}/bin/python
    else
        # use kit python
        local python_exe=${ISAACLAB_PATH}/_isaac_sim/python.sh

    if [ ! -f "${python_exe}" ]; then
            # note: we need to check system python for cases such as docker
            # inside docker, if user installed into system python, we need to use that
            # otherwise, use the python from the kit
            if [ $(python -m pip list | grep -c 'isaacsim-rl') -gt 0 ]; then
                local python_exe=$(which python)
            fi
        fi
    fi
    # check if there is a python path available
    if [ ! -f "${python_exe}" ]; then
        echo -e "[ERROR] Unable to find any Python executable at path: '${python_exe}'" >&2
        echo -e "\tThis could be due to the following reasons:" >&2
        echo -e "\t1. Poetry/Conda environment is not activated." >&2
        echo -e "\t2. Isaac Sim pip package 'isaacsim-rl' is not installed." >&2
        echo -e "\t3. Python executable is not available at the default path: ${ISAACLAB_PATH}/_isaac_sim/python.sh" >&2
        exit 1
    fi
    # return the result
    echo ${python_exe}
}

修改解析：

  • 我们在函数开头增加了一个代码块。
  • 它首先检查 poetry 命令是否存在以及项目根目录下是否有 pyproject.toml 文件。
  • 如果存在，它会调用 poetry env info -p 来获取 Poetry 虚拟环境的路径。
  • 如果成功获取，它就构建出该环境中 python 解释器的完整路径，并将其作为结果返回，函数提前结束。
  • 如果以上任何一步失败（比如你没有使用 Poetry），代码块会无声地跳过，脚本会继续执行下面原始的 Conda 和原生逻辑，保证了向后兼容性。

第 2 步：修改 -s, --sim 命令（非常重要）

仅仅修改 extract_python_exe 还不够。当你运行模拟器（-s）时，它调用的是 isaac-sim.sh，这是一个需要 PYTHONPATH 才能找到你的库的启动器。而 -p 选项是直接运行 Python，修改第一步就够了。

所以，我们需要为 -s 命令注入 PYTHONPATH。

找到 case "$1" in 里的 -s|--sim 代码块，将其完全替换为以下内容：

        -s|--sim)
            # run the simulator exe provided by isaacsim
            isaacsim_exe=$(extract_isaacsim_exe)
            echo "[INFO] Running isaac-sim from: ${isaacsim_exe}"
            shift # past argument

            # -- START: POETRY MODIFICATION for PYTHONPATH --
            local poetry_site_packages=""
            # Check if we are in a Poetry project
            if command -v poetry &> /dev/null && [ -f "${ISAACLAB_PATH}/pyproject.toml" ]; then
                local poetry_venv_path
                poetry_venv_path=$(poetry env info -p 2>/dev/null)
                # If a venv exists, find its site-packages directory
                if [ -n "${poetry_venv_path}" ]; then
                    # Assuming python3.10 based on Isaac Sim version
                    poetry_site_packages="${poetry_venv_path}/lib/python3.10/site-packages"
                    echo "[INFO] Injecting Poetry site-packages into PYTHONPATH: ${poetry_site_packages}"
                fi
            fi

            # Execute with PYTHONPATH if available, otherwise run normally
            if [ -n "${poetry_site_packages}" ]; then
                PYTHONPATH=${poetry_site_packages} ${isaacsim_exe} --ext-folder ${ISAACLAB_PATH}/source $@
            else
                ${isaacsim_exe} --ext-folder ${ISAACLAB_PATH}/source $@
            fi
            # -- END: POETRY MODIFICATION --

            # exit neatly
            break
            ;;

修改解析：

  • 在执行 isaacsim_exe 之前，我们加入了和之前类似的逻辑来检测 Poetry 环境。
  • 如果检测到，它会构建出 Poetry 环境的 site-packages 目录的路径。
  • 然后，它使用 PYTHONPATH=${poetry_site_packages} 的方式来启动模拟器，将我们的库路径临时注入进去。
  • 如果没检测到 Poetry 环境，它就执行原始的命令，不注入任何东西。

您的全新工作流程

在完成了上述两处修改后，您的 Isaac Lab + Poetry 工作流将变得非常顺畅：

  1. 环境设置 (仅需一次)：

    • 在 Isaac Lab 项目根目录（isaaclab.sh 所在的目录）下，创建 pyproject.toml 文件。
    • 运行 poetry env use /path/to/isaac-sim/kit/python/bin/python3 关联环境。

  2. 安装依赖：

    • 不要再使用 ./isaaclab.sh -i！
    • 使用标准的 Poetry 命令：poetry install (安装 pyproject.toml 中的所有依赖) 或 poetry add <package_name> (添加新依赖)。

  3. 运行 Python 脚本 (例如，训练任务)：

    • ./isaaclab.sh -p source/standalone/tutorials/01_assets.py
    • 脚本现在会使用 Poetry 环境中的 Python 和所有你安装的库来执行。

  4. 启动 Isaac Sim UI 并加载扩展：

    • ./isaaclab.sh -s
    • 脚本现在会自动将 Poetry 环境的 site-packages 注入 PYTHONPATH，Isaac Sim 将能成功 import 你用 Poetry 安装的所有库。

通过这两处最小化的修改，您成功地让 isaaclab.sh 这个强大的工具脚本拥抱了 Poetry 的依赖管理能力，实现了两全其美。

双模机器人

启动操作

  • 硬件连接
    1. 机身后部（摄像头方向为前方）最大的黑色水密件连接即视为 ROV 启动
    2. 灰色盒子（电力载波）通电启动，灰盒上红色指示灯应点亮
    3. PC 用网线与灰盒连接
    4. 在 PC 端设置 - 以太网 中设置 PC 端 IP
      • 编辑 ip 为“手动”
      • 设置 ip 地址：***.***.***.***
      • 子网前缀长度：24
      • 网关：***.***.***.***
      • cmd 内运行ping $YOUR_IP$测试连接是否正常，正常的话会收到 4 个数据包
  • 软件 nomachine 连接

环境变量设置

  • 加载 ROS 环境
~/.bashrc
source /opt/ros/noetic/setup.bash
source ~/catkin_ws0/devel/setup.bash # 本机中工作空间很乱，还未理清，经过测试后catkin_ws0是可以正常执行的工作空间
# 注意以上两条添加的先后顺序
  • 设置主机 ip，在~/.bashrc最后写入（原本是为了主从机通信服务的，现在不需要，所以不需要加入从机的 ip）
~/.bashrc
export ROS_HOSTNAME=$YOUR_IP # 主机ip地址
export ROS_MASTER_URI=http://$YOUR_IP:11311 # 主机IP地址：11311端口号
export ROS_IP=$YOUR_IP # 主机IP地址
  • 调整工作空间包路径 已将robot_serial功能包从dmuuv_src中移到src根目录文件夹下， 不知会不会有其他影响，但是现在只有这样才能正常跑

功能包结构

dmuuv_src功能包中存放有几个子包，分别是；

  • dmuuv_msgs: msg 类型定义
  • imu570_tools: imu 通信
  • robot_controller: 自定义控制器
  • robot_msgs: msg 类型定义
  • robot_serial: 与 stm32 通信
  • usb_cam: 与相机通信

电机转动 PWM 控制测试

  • stm32 通信连接的是/dev/ttyUSB1接口，给全部权限，运行如下命令（每次开机重启权限会重置，务必检查权限是否添加到位，否则会使串口启动失败）
sudo chmod 777 /dev/ttyUSB1
  • 检查robot_serial功能包launch文件夹下send_pwm.launch启动文件，检查其连接串口应为/dev/ttyUSB1
  • 硬件连接：各个电机的水密缆与腔体上的水密件分别连接，其中最中间的水密件是连接前方照明灯的，可以先不用连接。确保连接紧密后继续操作步骤。
  • 启动 ROS 节点，以下命令需要分别在三个终端内运行：
roscore
roslaunch robot_serial send_pwm.launch

# 新开一个终端
cd ~/catkin_ws0/src/dmuuv_src/robot_controller/scripts
python test_pwm_keyboard.py # 启动用键盘控制电机转动pwm的控制节点

在第三个终端内便可以通过键盘控制各个电机的 pwm 值。

  • 测试结果：
    • 图 1: 通过 py 程序操控电机时，py 上的顺序编号和水密件的映射关系
    • 图 2: 电机的硬件连接，电机编号和水密件的映射关系，电机编号见图 3
    • 图 3: 电机的布局，其编号和图 2 的编号一致，布局视角为 ROV 正放时的俯视图
    通过py程序操控电机时，py上的顺序编号和水密件的映射关系
    图1：通过py程序操控电机时，py上的顺序编号和水密件的映射关系
    电机的硬件连接，电机编号和水密件的映射关系，电机编号见右图
    图2：电机的硬件连接，电机编号和水密件的映射关系，电机编号见右图
    电机的布局，其编号和左图的编号一致
    图3：电机的布局，其编号和左图的编号一致

bug

  • python 程序编码错误，导致中文注释无法识别

在程序最开始加上#coding: utf-8指明编码模式

  • python 解释器错误：因环境不对，导致各类包未找到，比如这次没有找到yaml包

修改 shebang，将#!/usr/bin/env python修改为#!/usr/bin/env python3

UUV Simulator

官方文档

UUV_Simulator 特性

Actuators 执行器

通过.xacro文件配置

xacro 一种 xml 语言，用于构建 urdf 包，这个 urdf 包主要是用来搭建一个机器人的，可以用于配置机器人的传感器、模型、环境等信息。官方文档

Thruster Unit 推进器单元

推进器单元包含转子的动力学和转换函数（转子角速度 - 输出推力大小之间的 conversion function）

  • dynamic
  • conversion

<xacro:macro name="thruster_macro">用于定义推进器单元，主要包括：thruster link, joint, Gazebo plugin

  • <link name="${robot_namespace}/thruster_${thruster_id}">
    • <inertial>-标签，用于描述推进器转子的惯性质量等参数
    • <visual>-标签，不知道干啥使的（
  • <joint name="${robot_namespace}/thruster_${thruster_id}_joint>
    • <xacro:insert_block name="origin" />
    • <parent link="${robot_namespace}/base_link" />-父标签，用于指定机器人机体
    • <child link="${robot_namespace}/thruster_${thruster_id}" />-子标签，用于指定机器人推进器
    • joint 用处是把机器人机体和推进器连接在一起
  • <plugin name="${robot_namespace}_${thruster_id}_thruster_model">
    • <linkName>-thruster link 名字
    • <jointName>-jonit linke 名字
    • <thrusterID>-推进器 ID（但是这个信息已经在 Linkname 里面包含了，为什么还要再写一遍）
    • <gain>-获取输入命令信号
    • <clampMax>-可被允许的输入信号最大值
    • <clampMin>-可被允许的输入信号最小值
    • <thrustMin> <thrustMax>-可被允许的输出推力的最大最小值
    • <thrust_efficiency>-推进器效率
    • <dynamics>-动力学模型
    • <conversion>-转换模型

xacro 的宏定义包含：

  • macro-定义新的宏
    • name参数可以指定该宏的名字，在之后通过xacro:<name>来调用这个新定义的宏
    • param参数可以指定该宏需要的输入参数，在之后调用时输入
  • insert_block-插入代码块
  • property-定义属性
  • box_inertial-定义盒状物体的惯性参数
    • <origin>标签用于定义惯性参考系的位置和姿态，包含xyz和rpy参数

Fins Unit

包含：dynamic model and a lift and drag model

  • dynamic model转子动力学
  • lift and drag model升降力模型

定义和 thruster 单元类似，把conversion模型换成liftdrag

Gazebo World 环境信息配置

通过.world文件配置

  • <physics>- 配置物理引擎
    • <ode>-ode 微分方程求解器
  • <scene>场景信息：白云、雾气等
  • <spherical_coordinates>-坐标系放置的经纬度
  • <light>-光照信息
  • <plugin name="underwater_current_plugin" filename="libuuv_underwater_current_ros_plugin.so">-水流插件，需要配置水流速度大小与速度方向
  • <plugin name="sc_interface" filename="libuuv_sc_ros_interface_plugin.so"/>-水下场景插件，管理水下环境特性
  • <gui>-定义启动时相机视角

场景类型：

  • AUV Underwater World-包含FinPlugin和FinROSPlugin插件，可以产生多个 AUV
  • Empty Underwater World
  • Ocean waves world

Path and trajectory generators 路径和轨迹生成器

基于路径点产生轨迹，把任意路径分成直线和曲线段，利用参数方程定义轨迹，然后再根据方程生成路径点数据

两个功能包存放于uuv_trajectory_control中，分别为uuv_waypoints和uuv_trajectory_generator

项目结构

通过 uuv_simulator 能够创建一个新的机器人，在 uuv 所提供的环境下仿真。

  • 创建一个机器人
rosrun uuv_assistants create_new_robot_model --robot_name <ROBOT_NAME>

这会创建一个名为<ROBOT_NAME>_description文件夹，该文件夹的结构为：

<ROBOT_NAME>_description
|-- launch
    |-- upload.launch
|-- meshes
    |-- README.md
|-- robots
    |-- default.xacro
|-- urdf
    |-- actuators.xacro
    |-- base.xacro
    |-- gazebo.xacro
    |-- sensors.xacro
    |-- snippets.xacro
`-- CMakeLists.txt
`-- package.xml

该文件夹可以认为是 ROS 的一个 package

  • upload.launch: 是加载该机器人的 launch 文件
  • meshes/: 该文件夹下放置有该机器人的 3D 模型文件，便于机器人的可视化呈现
  • urdf/：该文件夹中包含有用来搭建一个机器人的，可以用于配置机器人的传感器、模型、环境等信息，用.xacro文件配置，采用xml文件配置，机器人的Actuators 执行器就是用这个文件夹来定义的。
  • robot/：该文件夹中用.xacro配置一个机器人的基本信息，但是通过调用urdf/的包，把推进器、传感器等信息连接起来。

添加自定义 launch 文件

  • 在某个指定功能包的launch文件夹内添加.launch文件
  • 在该功能包的scripts文件夹内添加.py脚本文件
  • 运行命令：sudo chmod +x /path_to_python_file为该 python 脚本文件添加权限

动力学相关

TAM 矩阵

roslaunch <ROBOT_NAME>_control start_thruster_manager.launch reset_tam:=true

通过以上命令可以启动thruster_manager，可以通过设置reset_tam:=false来生成 tam 矩阵。

  • tam 矩阵的用法：

tam 矩阵为6x6矩阵，各行各列意义如下：

  • 行代表 6 个控制需求
    • 前 3 行：X、Y、Z 方向的力
    • 后 3 行：绕 X、Y、Z 轴的力矩（Roll、Pitch、Yaw）
  • 列：代表 6 个推进器的贡献
    • 列 1-4：水平推进器（前左、前右、后左、后右）
    • 列 5-6：垂直推进器（左、右）

使用方式：[推进器力] = TAM^(-1) * [期望控制力]

Bluerov2 tam 矩阵如下：

tam:
  - [0.7071067811847433, 0.7071067811847433, -0.7071067811919605, -0.7071067811919605, 0.0, 0.0]
  - [0.7071067811883519, -0.7071067811883519, 0.7071067811811348, -0.7071067811811348, 0.0, 0.0]
  - [0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 1.0000000000000002, 1.0000000000000002]
  - [0.051265241636155506, -0.05126524163615552, 0.05126524163563227, -0.05126524163563227, -0.11050000000000001, 0.11050000000000003]
  - [-0.05126524163589389, -0.051265241635893896, 0.05126524163641713, 0.05126524163641713, -0.002499999999974481, -0.002499999999974481]
  - [0.16652364696949604, -0.16652364696949604, -0.17500892834341342, 0.17500892834341342, 0.0, 0.0]

动力学公式

用 Fossen 的书是最权威的，为了方便查找，我把 Fossen 书中对应的页码索引列在此处

  • 叉乘算子定义：P20

λ×a:=S(λ)a\boldsymbol{\lambda}\times \boldsymbol{a}:=\boldsymbol{S}(\boldsymbol{\lambda})\boldsymbol{a}

S(λ)=−ST(λ)=[0−λ3λ2λ30−λ1−λ2λ10],λ=[λ1λ2λ3]\boldsymbol{S}(\boldsymbol{\lambda})=-\boldsymbol{S}^T(\boldsymbol{\lambda})=\left[ \begin{matrix} 0 & -\lambda_3 & \lambda_2 \\ \lambda_3 & 0 & -\lambda_1 \\ -\lambda_2 & \lambda_1 & 0 \\ \end{matrix} \right], \boldsymbol{\lambda}=\left[ \begin{matrix} \lambda_1 \\ \lambda_2 \\ \lambda_3 \\ \end{matrix} \right]

  • 附加质量 + 质量矩阵：P182

M=[(m−Xu˙)000000(m−Yv˙)000000(m−Zw˙)000000(Ix−Kp˙)000000(Iy−Mq˙)000000(Iz−Nr˙)]M=\left[ \begin{matrix} (m-X_{\dot{u}}) & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 \\ 0 & (m-Y_{\dot{v}}) & 0 & 0 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & (m-Z_{\dot{w}}) & 0 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & (I_x-K_{\dot{p}}) & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & 0 & (I_y-M_{\dot{q}}) & 0 \\ 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & (I_z-N_{\dot{r}}) \\ \end{matrix} \right]

  • 阻尼矩阵：P182

D=[−Xu000000−Yv000000−Zw000000−Kp000000−Mq000000−Nr]D=\left[ \small \begin{matrix} -X_u & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 \\ 0 & -Y_v & 0 & 0 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & -Z_w & 0 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & -K_p & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & 0 & -M_q & 0 \\ 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & -N_r \\ \end{matrix} \right]

  • 科里奥利力矩阵：刚体质量科里奥利力矩阵 P56，附加质量科里奥利力矩阵：P120

C(v)=[0000(m−Zw˙)w(Yv˙−m)v000(Zw˙−m)w0(m−Xu˙)u000(m−Yv˙)v(Xu˙−m)u00(m−Zw˙)w(Yv˙−m)v0(Iz−Nr˙)r(Mq˙−Iy)q(Zw˙−m)w0(m−Xu˙)u(Nr˙−Iz)r0(Ix−Kp˙)p(m−Yv˙)v(Xu˙−m)u0(Iy−Mq˙)q(Kp˙−Ix)p0]C(v)=\left[ \begin{matrix} 0 & 0 & 0 & 0 & (m-Z_{\dot{w}})w & (Y_{\dot{v}}-m)v \\ 0 & 0 & 0 & (Z_{\dot{w}}-m)w & 0 & (m-X_{\dot{u}})u \\ 0 & 0 & 0 & (m-Y_{\dot{v}})v & (X_{\dot{u}}-m)u & 0 \\ 0 & (m-Z_{\dot{w}})w & (Y_{\dot{v}}-m)v & 0 & (I_z-N_{\dot{r}})r & (M_{\dot{q}}-I_y)q \\ (Z_{\dot{w}}-m)w & 0 & (m-X_{\dot{u}})u & (N_{\dot{r}}-I_z)r & 0 & (I_x-K_{\dot{p}})p \\ (m-Y_{\dot{v}})v & (X_{\dot{u}}-m)u & 0 & (I_y-M_{\dot{q}})q & (K_{\dot{p}}-I_x)p & 0 \\ \end{matrix} \right]

  • 静态水动力恢复力计算：P60，下面这是当重心和浮心重合时的情况

    η=[(W−B)sin⁡(θ)−(W−B)cos⁡(θ)sin⁡(ϕ)−(W−B)cos⁡(θ)cos⁡(ϕ)000]\boldsymbol{\eta } = \left[ \begin{matrix} (W-B)\sin (\theta) \\ -(W-B)\cos (\theta )\sin(\phi) \\ -(W-B)\cos (\theta )\cos(\phi) \\ 0 \\ 0 \\ 0 \\ \end{matrix} \right]

  • 动力学模型：P110

    Mv˙+C(v)v+D(v)v+g(η)=τM\dot{v} + C(v)v + D(v)v + g(\eta) = \tau

话题用法记录

  • /bluerov2/pose_gt：存有当前 UUV 所处位置坐标和在全局坐标系下的 UUV 当前速度
  • /bluerov2/thrusters/{i}/thrust：各推进器的转速，可以通过监控该话题，获得推进器转速曲线
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