Bulletプラグイン¶

概要 ¶

Bulletについて¶

Bullet Physics は、オープンソース（zlibライセンス）の物理計算ライブラリです。ゲームや映像制作の分野で広く利用されてきた実績があり、ロボティクス分野でもPythonバインディングのPyBulletを通じて学習研究等に広く使われています。

Bulletは剛体・ソフトボディの汎用物理エンジンですが、多関節のロボットを扱うための機能として、Featherstone法に基づいて関節座標系で運動方程式を解くマルチボディ（btMultiBody）系の機能も備えています。

Bulletプラグインについて¶

ChoreonoidのBulletプラグインは、BulletをChoreonoidの物理エンジンとして利用するためのプラグインです。シミュレータアイテムとして「Bulletシミュレータ」を提供し、他の物理エンジンのシミュレータアイテムと同様の手順で利用することができます。

本プラグインはBulletのマルチボディダイナミクス機能に基づいて実装されており、多関節ロボットをAISTシミュレータ等と同様に関節座標系で安定に扱うことができます。Choreonoidで扱う標準的なボディモデルをそのまま利用でき、位置制御・速度制御・トルク制御のいずれの方式にも対応しています。

また本プラグインは、PhysXプラグインと共通の履帯（クローラ）デバイスである PiecewiseRigidContinuousTrack （区分剛体無限軌道）に対応しており、クローラ型ロボットの履帯シミュレーションを行うことができます。詳細は無限軌道（クローラ）の区分剛体シミュレーションを参照してください。

注釈

以前のバージョンのChoreonoidに含まれていたBulletプラグインは10年以上前の実験的な実装のままとなっていましたが、バージョン2.5.0において、現行バージョンのBulletに合わせて一から実装し直され、実用的に使用できるプラグインとなりました。

セットアップ ¶

Bulletプラグインのビルドと利用にあたっては、Bulletライブラリをインストールしておく必要があります。

Ubuntuの場合、依存パッケージのインストールで使用するパッケージインストールスクリプトにBulletのパッケージ（libbullet-dev）も含まれているため、そちらの手順に従っていれば既にインストールされています。個別にインストールする場合は、以下のコマンドを実行します。

sudo apt install libbullet-dev

Bulletがインストールされている環境では、ChoreonoidのCMake設定時にBulletが自動で検出され、CMakeオプション BUILD_BULLET_PLUGIN がデフォルトで ON となります。そのため通常のビルド手順に従うだけでBulletプラグインもビルドされます。Bulletがインストールされていてもプラグインをビルドしたくない場合は、このオプションを明示的に OFF にしてください。

独自にビルドしたBulletライブラリを使用したい場合は、CMakeの BULLET_DIR 変数にそのインストール先ディレクトリを設定します。Windowsで本プラグインを利用する場合は、Bulletをソースからビルド・インストールした上で、この方法で指定してください。なおBulletを倍精度（double precision）でビルドしたものを使用する場合は、CMakeで BULLET_USE_DOUBLE_PRECISION を ON に設定します。

Bulletシミュレータの利用 ¶

Bulletプラグインが読み込まれていると、シミュレータアイテムとして「Bulletシミュレータ」が利用可能となります。メインメニューの「ファイル」-「新規」-「Bulletシミュレータ」で生成し、シミュレーションプロジェクトの作成で解説されている手順でワールドアイテムの子アイテムとして配置することで使用できます。基本的な使い方は他のシミュレータアイテムと共通です。

対応機能¶

Bulletシミュレータは以下の機能に対応しています。

アクチュエーションモード: トルク指令（JointEffort）、速度指令（JointVelocity）、位置指令（JointDisplacement）
力センサ、加速度センサ、角速度センサ（レートジャイロ）のシミュレーション
リンクの速度・加速度・駆動トルク（力）の状態出力（対応するプロパティで有効化）
接触マテリアルによる摩擦係数・反発係数等の設定
追加拘束（extra joint）（追加拘束の設定）
表面速度（surface velocity）による疑似的なクローラやコンベアのシミュレーション
PiecewiseRigidContinuousTrackデバイスによる履帯シミュレーション（無限軌道（クローラ）の区分剛体シミュレーション）
モデルに設定された等価ロータ慣性のシミュレーション（仮想ギア付きロータリンクによる。ロータ慣性の設定参照）

プロパティ¶

Bulletシミュレータアイテムでは、シミュレータアイテム共通のプロパティに加えて、以下の固有のプロパティが利用できます。

プロパティ	デフォルト値	意味
重力	0 0 -9.80665	重力加速度ベクトルです [m/s^2]。
ソルバ	逐次インパルス	拘束ソルバを「逐次インパルス」「MLCP (Dantzig)」から選択します。
ソルバ反復回数	50	ソルバの最大反復回数です。
接触ERP	0.2	接触のめり込みを補正する際のERP（Error Reduction Parameter）です。0〜1の範囲で指定します。
位置ゲイン	1.0	位置指令で関節を駆動する際のモータ拘束のゲインです。0〜1の範囲で指定します。
速度ゲイン	1.0	速度指令で関節を駆動する際のモータ拘束のゲインです。0〜1の範囲で指定します。
並進ダンピング	0.0	剛体の並進運動に適用するダンピング係数です。
回転ダンピング	0.0	剛体の回転運動に適用するダンピング係数です。
衝突マージン	0.001 [m]	Bulletの衝突形状に適用するマージンです。
動的オブジェクトへのGImpactメッシュ適用	false	動く物体の凹形状メッシュをGImpactメッシュとして扱います。無効時は凸形状に変換されます。
内部エッジの平滑化	true	メッシュの内部エッジに起因する不自然な接触反力を抑制します。
自己干渉	false	ボディモデル内の自己干渉をデフォルトで有効にします。
ロータ慣性	true	モデルに等価ロータ慣性が設定されている場合に、仮想的なギア付きロータリンクを用いてその影響をシミュレートします。
デフォルトロータギア比	100.0	ロータ慣性のシミュレーションにおいて、モデルにギア比の情報がない場合に使用するギア比です。
速度出力	false	リンクの速度をシミュレーション結果として出力します。
加速度出力	false	リンクの加速度をシミュレーション結果として出力します。
駆動エフォート出力	false	関節の駆動に実際に使用されたトルク（直動関節の場合は力）を、関節のエフォート値として書き戻します。

サンプル ¶

Bulletプラグインを利用できるサンプルプロジェクトとして、履帯シミュレーションのサンプルが choreonoid/sample/PiecewiseRigidContinuousTrack/ ディレクトリに用意されています。これらのサンプルにはBulletシミュレータとPhysXシミュレータの両方が含まれており、使用するシミュレータを選択してシミュレーションを実行できます。サンプルの内容については PhysXプラグインのサンプルの節を参照してください。

また、Choreonoidに付属する一般のシミュレーションサンプル（ sample/SimpleController/ 等）についても、プロジェクト内のシミュレータアイテムをBulletシミュレータに差し替えることで、多くのものをBulletでシミュレーションすることができます。