Webots講座3-2024：自動運転シミュレータ (Python)

Webots講座の３回目です．今回は，Webotsの自動運転シミュレータを使ってBMW X5をPython言語により直進させるところまでを学びます．BMWのオーナーになった気分でやっていきましょう！

レファレンス


ユーザインタフェース

  • まず，上図に示すWebotsのユーザインタフェース(GUI)を説明します．最上部のメニューと次の４つのウインドウで構成されています．これからの説明で使いますので覚えておきましょう．
    • シーンツリー：現在のワールドを構成しているものを階層状に表示
    • ３Dウインドウ：３次元シミュレーションの表示と操作
    • テキストエディタ：ソースコードの編集とビルド．
    • コンソール：Webotsのログ表示．ビルドの出力とコントローラプログラムの出力．

プロジェクトの作成

  •  まず，次のWebots作業用ディレクトリを作成する．
    • C:\ユーザー\ユーザ名\webots
  • Webotsを起動する．
  • Webots講座２で実施した「新規プロジェクトの作成」の方法でrobot_carプロジェクトを作成する．ディレクトリの選択で\webotsはあるがその下の\robot_carはないので，キーボードから次のように入力する．ユーザー，ユーザ名は自分の環境のものに変える．
    •  ディレクトリの選択：C:\ユーザー\ユーザ名\webots\robot_car
    • World settings: ワールド名をrobot_car.wbtに変更して，他は変えずに「次へ」をクリックする．
    • [結果]窓になるので[完了]をクリックする．

ワールドの作成

  • 既存のワールドをインポートする機能はないようなので，既存のワールドcity.wbtを開いてから上で作成したrobot_car.wbtに上書き保存する方法を使う．
  • メニューからcity.wbtワールドを開く
    • [ファイル]→[Open Sample World…]→[vehicles]→[city.wbt]

  • ワールドを開くとロボットカーが走り出すので，[Pause]ボタンをクリックしてから，[Reset]ボタンをクリックする．シミュレーションがリセットされて，ロボットカーがスタート地点に戻る．
  • 次の要領でワールドをrobot_car.wbtという名前で保存する
    • [ファイル]→[ワールドファイルを名前を付けて保存する…]
      • C:\ユーザー\ユーザ名\webots\robot_car\worlds\robot_car.wbt

コントローラの作成

  • Webots講座２で実施した新規ロボットのコントローラ作成と同じ要領でコントローラを作成する．
  • メニューの [ファイル]→[新規ロボットのコントローラ…]から以下を選択する．
    • 言語選択：Python
    • コントローラの選択：robot_car
    • なお，ここで次のような[質問]窓が開く場合は，[OK]をクリックして必要なファイルを別の場所へ移動する．
    • [プロジェクトのリロケーション]窓が開くので，ターゲットディレクトリを以下のように変更して[コピー]をクリックする．コピーが終わったら[新規コントローラの作成]窓が開くので，言語選択:pythonとコントローラの選択:robot_carを設定する．
      • C:\ユーザー\ユーザー名\webots\vehicles
  • 3Dウインドウの右横にテキストエディタが開き，robot_car.pyが表示される．雛形コードの中身を全部消して，次のサンプルコードと置き換え保存する． 
    import math  # mathモジュールのインポート
from vehicle import Driver  # vehcleモジュールからDriverクラスのインポート

driver = Driver()  # Driverクラスのインスタンスを生成
steer_angle = 0    # ステアリング角に0[°]を代入
speed = 20         # 速度に20[km/h]を代入

driver.setSteeringAngle(steer_angle) # ステアリング角度の設定
driver.setCruisingSpeed(speed)       # 巡行速度の設定

while driver.step() != -1:  # driver.step()はシミュレーションの1ステップを進めるAPI
    #angle = 0.3 * math.cos(driver.getTime())
    #driver.setSteeringAngle(angle)
    print("time=%f" %driver.getTime()) # シミュレーション時間[s]の表示
  • 上のソースコードを説明します．説明をコメントとして記入しているので，ほとんど説明は不要かと思います．これは直進するだけのプログラムです．11行目のdriver.step()でシミュレーションを1ステップ進めます．進める時間はワールドでデフォルト値(シーンツリーのWorldInfo→basicTimeStep)を使います．この例では10[ms]となっています．12，13行目でコメントアウトしている部分は，ステアリンク角度をcos関数で変化させています．driver.getTime()はシミュレーションがスタートしてからの経過時間[s]です．

コントローラの設定

  • シーンツリーからBmwX5″vehicle”→controller”autonomouos_vehecle”をクリックする．
  • Select controllerから上で作成した”robot_car”を[選択]して，メニューの[ファイル]から[ワールドファイルを保存]する．

 

実　行

  • Pythonの場合はビルドする必要がないので，[Reset]ボタンをクリックしてシミュレーションをリセットしてから，[Run]ボタンをクリックして実行します．なお，[Run]ボタンはクリックされると[Pause]ボタンに変わります．シミュレーションを一時停止したいときは[Pause]ボタンを教えてください．
  • ロボットが直進して，ターミナルに経過時間が表示されれば成功．成功するとロボットカーが直進し，コンソールウインドウにシミュレーションの経過時間が表示されます．動かない場合は，[Reset]ボタンをクリックしてから，[Run]ボタンを再度クリックしてみてください．

ハンズオン

  1. リファレンスを読んで，Webotsの自動運転用のシミュレーションソフトウェアの概要やAPIを理解しよう．
  2. サンプルコード12，13行目のコメントを外して，ロボットカーを走らせてみよう．
  3. サンプルコードのAPIだけを使って，ロボットカーをできるだけ遠くまで走らせてみよう．

終わり

 

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