source: flair-src/trunk/lib/FlairSimulator/src/X4.cpp

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add abilitiy to change x4 and x8 arm color from ground station

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Line 
1// %flair:license{
2// This file is part of the Flair framework distributed under the
3// CECILL-C License, Version 1.0.
4// %flair:license}
5//  created:    2012/08/21
6//  filename:   X4.cpp
7//
8//  author:     Osamah Saif, Guillaume Sanahuja
9//              Copyright Heudiasyc UMR UTC/CNRS 7253
10//
11//  version:    $Id: $
12//
13//  purpose:    classe definissant un x4
14//
15/*********************************************************************/
16
17#include "X4.h"
18#include <SimuBldc.h>
19#include <TabWidget.h>
20#include <Tab.h>
21#include <DoubleSpinBox.h>
22#include <SpinBox.h>
23#include <GroupBox.h>
24#include <math.h>
25#ifdef GL
26#include <ISceneManager.h>
27#include <IMeshManipulator.h>
28#include "Blade.h"
29#include "MeshSceneNode.h"
30#include "Gui.h"
31#include <Mutex.h>
32#endif
33
34#define K_MOT 0.4f    // blade animation
35#define G (float)9.81 // gravity ( N/(m/s²) )
36
37#ifdef GL
38using namespace irr::video;
39using namespace irr::scene;
40using namespace irr::core;
41#endif
42using namespace flair::core;
43using namespace flair::gui;
44using namespace flair::actuator;
45
46namespace flair {
47namespace simulator {
48
49X4::X4(std::string name, uint32_t modelId)
50    : Model(name,modelId) {
51  Tab *setup_tab = new Tab(GetTabWidget(), "model");
52  m = new DoubleSpinBox(setup_tab->NewRow(), "mass (kg):", 0, 20, 0.1);
53  arm_length = new DoubleSpinBox(setup_tab->LastRowLastCol(), "arm length (m):",
54                                 0, 2, 0.1);
55  // l_cg=new DoubleSpinBox(setup_tab,"position G
56  // (m):",0,2,-0.5,0.5,0.02);//position du centre de gravité/centre de poussé
57  k_mot =
58      new DoubleSpinBox(setup_tab->NewRow(), "k_mot:", 0, 1, 0.001,
59                        3); // vitesse rotation² (unité arbitraire) -> force (N)
60  c_mot = new DoubleSpinBox(
61      setup_tab->LastRowLastCol(), "c_mot:", 0, 1, 0.001,
62      3); // vitesse rotation moteur -> couple (N.m/unité arbitraire)
63  f_air_vert = new DoubleSpinBox(setup_tab->NewRow(), "f_air_vert:", 0, 10,
64                                 1); // frottements air depl. vertical, aussi
65                                     // utilisé pour les rotations ( N/(m/s) )
66                                     // (du aux helices en rotation)
67  f_air_lat =
68      new DoubleSpinBox(setup_tab->LastRowLastCol(), "f_air_lat:", 0, 10,
69                        1); // frottements air deplacements lateraux ( N/(m/s) )
70  j_roll = new DoubleSpinBox(setup_tab->NewRow(), "j_roll:", 0, 1, 0.001,
71                             5); // moment d'inertie d'un axe (N.m.s²/rad)
72  j_pitch =
73      new DoubleSpinBox(setup_tab->LastRowLastCol(), "j_pitch:", 0, 1, 0.001,
74                        5); // moment d'inertie d'un axe (N.m.s²/rad)
75  j_yaw = new DoubleSpinBox(setup_tab->LastRowLastCol(), "j_yaw:", 0, 1, 0.001,
76                            5); // moment d'inertie d'un axe (N.m.s²/rad)
77                           
78  motorTimeout = new SpinBox(setup_tab->NewRow(), "motor timeout:","ms", 0, 1000, 100,100);
79 
80  Tab *visual_tab = new Tab(GetTabWidget(), "visual");
81  armColorR = new SpinBox(visual_tab->NewRow(), "arm color (R):", 0, 255, 1,255);
82  armColorG = new SpinBox(visual_tab->LastRowLastCol(), "arm color (G):", 0, 255, 1,0);
83  armColorB = new SpinBox(visual_tab->LastRowLastCol(), "arm color (B):", 0, 255, 1,0);
84
85  motors = new SimuBldc(this, name, 4, modelId,0);
86 
87  SetIsReady(true);
88}
89
90X4::~X4() {
91  // les objets irrlicht seront automatiquement detruits (moteurs, helices,
92  // pales) par parenté
93}
94
95#ifdef GL
96
97void X4::Draw(void) {
98  // create unite (1m=100cm) UAV; scale will be adapted according to arm_length
99  // parameter
100  // note that the frame used is irrlicht one:
101  // left handed, North East Up
102  const IGeometryCreator *geo;
103  geo = getGui()->getSceneManager()->getGeometryCreator();
104
105  // cylinders are aligned with y axis
106  colored_arm = geo->createCylinderMesh(2.5, 100, 16, SColor(0, armColorR->Value(), armColorG->Value(), armColorB->Value()));
107  IMesh *black_arm = geo->createCylinderMesh(2.5, 100, 16, SColor(0, 128, 128, 128));
108  IMesh *motor = geo->createCylinderMesh(7.5, 15, 16); //,SColor(0, 128, 128, 128));
109  // geo->drop();
110
111  ITexture *texture = getGui()->getTexture("carbone.jpg");
112  MeshSceneNode *fl_arm = new MeshSceneNode(this, colored_arm, vector3df(0, 0, 0),
113                             vector3df(0, 0, -135));
114  MeshSceneNode *fr_arm = new MeshSceneNode(this, colored_arm, vector3df(0, 0, 0),
115                             vector3df(0, 0, -45));
116  MeshSceneNode *rl_arm = new MeshSceneNode(this, black_arm, vector3df(0, 0, 0),
117                             vector3df(0, 0, 135), texture);
118  MeshSceneNode *rr_arm = new MeshSceneNode(this, black_arm, vector3df(0, 0, 0),
119                             vector3df(0, 0, 45), texture);
120
121  texture = getGui()->getTexture("metal047.jpg");
122  MeshSceneNode *fl_motor = new MeshSceneNode(this, motor, vector3df(70.71, -70.71, 2.5),
123                               vector3df(90, 0, 0), texture);
124  MeshSceneNode *fr_motor = new MeshSceneNode(this, motor, vector3df(70.71, 70.71, 2.5),
125                               vector3df(90, 0, 0), texture);
126  MeshSceneNode *rl_motor = new MeshSceneNode(this, motor, vector3df(-70.71, -70.71, 2.5),
127                               vector3df(90, 0, 0), texture);
128  MeshSceneNode *rr_motor = new MeshSceneNode(this, motor, vector3df(-70.71, 70.71, 2.5),
129                               vector3df(90, 0, 0), texture);
130
131  fl_blade = new Blade(this, vector3df(70.71, -70.71, 17.5));
132  fr_blade = new Blade(this, vector3df(70.71, 70.71, 17.5), vector3df(0, 0, 0),true);
133  rl_blade = new Blade(this, vector3df(-70.71, -70.71, 17.5),  vector3df(0, 0, 0),true);
134  rr_blade = new Blade(this, vector3df(-70.71, 70.71, 17.5));
135
136  motor_speed_mutex = new Mutex(this);
137  for (int i = 0; i < 4; i++)
138    motor_speed[i] = 0;
139  ExtraDraw();
140}
141
142void X4::AnimateModel(void) {
143  motor_speed_mutex->GetMutex();
144  fl_blade->SetRotationSpeed(K_MOT *vector3df(0, 0, motor_speed[0]));
145  fr_blade->SetRotationSpeed(-K_MOT *vector3df(0, 0, motor_speed[1]));
146  rl_blade->SetRotationSpeed(-K_MOT *vector3df(0, 0, motor_speed[2]));
147  rr_blade->SetRotationSpeed(K_MOT *vector3df(0, 0, motor_speed[3]));
148  motor_speed_mutex->ReleaseMutex();
149 
150  if (armColorR->ValueChanged() == true || armColorG->ValueChanged() == true || armColorB->ValueChanged() == true) {
151    getGui()->getSceneManager()->getMeshManipulator()->setVertexColors(colored_arm, SColor(0,armColorR->Value(), armColorG->Value(), armColorB->Value()));
152  }
153
154  // adapt UAV size
155  if (arm_length->ValueChanged() == true) {
156    setScale(arm_length->Value());
157  }
158}
159
160size_t X4::dbtSize(void) const {
161  return 6 * sizeof(float) + 4 * sizeof(float); // 6ddl+4helices
162}
163
164void X4::WritedbtBuf(
165    char *dbtbuf) { /*
166                       float *buf=(float*)dbtbuf;
167                       vector3df vect=getPosition();
168                       memcpy(buf,&vect.X,sizeof(float));
169                       buf++;
170                       memcpy(buf,&vect.Y,sizeof(float));
171                       buf++;
172                       memcpy(buf,&vect.Z,sizeof(float));
173                       buf++;
174                       vect=getRotation();
175                       memcpy(buf,&vect.X,sizeof(float));
176                       buf++;
177                       memcpy(buf,&vect.Y,sizeof(float));
178                       buf++;
179                       memcpy(buf,&vect.Z,sizeof(float));
180                       buf++;
181                       memcpy(buf,&motors,sizeof(rtsimu_motors));*/
182}
183
184void X4::ReaddbtBuf(
185    char *dbtbuf) { /*
186                       float *buf=(float*)dbtbuf;
187                       vector3df vect;
188                       memcpy(&vect.X,buf,sizeof(float));
189                       buf++;
190                       memcpy(&vect.Y,buf,sizeof(float));
191                       buf++;
192                       memcpy(&vect.Z,buf,sizeof(float));
193                       buf++;
194                       setPosition(vect);
195                       memcpy(&vect.X,buf,sizeof(float));
196                       buf++;
197                       memcpy(&vect.Y,buf,sizeof(float));
198                       buf++;
199                       memcpy(&vect.Z,buf,sizeof(float));
200                       buf++;
201                       ((ISceneNode*)(this))->setRotation(vect);
202                       memcpy(&motors,buf,sizeof(rtsimu_motors));
203                       AnimateModele();*/
204}
205#endif // GL
206
207// states are computed on fixed frame NED
208// x north
209// y east
210// z down
211void X4::CalcModel(void) {
212  float fl_speed, fr_speed, rl_speed, rr_speed;
213  float u_roll, u_pitch, u_yaw, u_thrust;
214  Time motorTime;
215#ifdef GL
216  motor_speed_mutex->GetMutex();
217#endif // GL
218  motors->GetSpeeds(motor_speed,&motorTime);
219  if((GetTime()-motorTime)/1000000>motorTimeout->Value()) {
220    for(int i=0;i<4;i++) {
221      if(motor_speed[i]!=0) {
222         //Printf("timout\n");
223        for(int i=0;i<4;i++) motor_speed[i]=0;
224        break;
225      }
226    }
227  }
228#ifdef GL
229  motor_speed_mutex->ReleaseMutex();
230#endif // GL
231 
232  fl_speed = motor_speed[0];
233  fr_speed = motor_speed[1];
234  rl_speed = motor_speed[2];
235  rr_speed = motor_speed[3];
236
237  /*
238  ** ===================================================================
239  **    u roll: roll torque
240  **
241  ** ===================================================================
242  */
243  u_roll = arm_length->Value() * k_mot->Value() *
244           (fl_speed * fl_speed + rl_speed * rl_speed - fr_speed * fr_speed -
245            rr_speed * rr_speed) *
246           sqrtf(2) / 2;
247
248  /// Classical Nonlinear model of a quadrotor ( This is the w_x angular speed
249  /// of the quadri in the body frame). It is a discrete integrator
250  state[0].W.x =
251      (dT() / j_roll->Value()) *
252          ((j_yaw->Value() - j_pitch->Value()) * state[-1].W.y * state[-1].W.z +
253           u_roll) +
254      state[-1].W.x;
255
256  // u_roll=arm_length->Value()*k_mot->Value()*(fl_speed*fl_speed+rl_speed*rl_speed-fr_speed*fr_speed-rr_speed*rr_speed)*sqrtf(2)/2;
257  // state[0].W.x=(dT()/j_roll->Value())*(u_roll-m->Value()*G*l_cg->Value()*sinf(state[-2].W.x)-f_air_vert->Value()*arm_length->Value()*arm_length->Value()*state[-1].W.x)+state[-1].W.x;
258
259  /*
260  ** ===================================================================
261  **   u pitch : pitch torque
262  **
263  ** ===================================================================
264  */
265  u_pitch = arm_length->Value() * k_mot->Value() *
266            (fl_speed * fl_speed + fr_speed * fr_speed - rl_speed * rl_speed -
267             rr_speed * rr_speed) *
268            sqrtf(2) / 2;
269
270  /// Classical Nonlinear model of a quadrotor ( This is the w_y angular speed
271  /// of the quadri in the body frame). It is a discrete integrator
272  state[0].W.y =
273      (dT() / j_pitch->Value()) *
274          ((j_roll->Value() - j_yaw->Value()) * state[-1].W.x * state[-1].W.z +
275           u_pitch) +
276      state[-1].W.y;
277
278  // u_pitch=arm_length->Value()*k_mot->Value()*(fl_speed*fl_speed+fr_speed*fr_speed-rl_speed*rl_speed-rr_speed*rr_speed)*sqrtf(2)/2;
279  // state[0].W.y=(dT()/j_pitch->Value())*(u_pitch-m->Value()*G*l_cg->Value()*sinf(state[-2].W.y)-f_air_vert->Value()*arm_length->Value()*arm_length->Value()*state[-1].W.y)+state[-1].W.y;
280
281  /*
282  ** ===================================================================
283  **    u yaw : yaw torque
284  **
285  ** ===================================================================
286  */
287  u_yaw = c_mot->Value() * (fl_speed * fl_speed + rr_speed * rr_speed -
288                            fr_speed * fr_speed - rl_speed * rl_speed);
289
290  /// Classical Nonlinear model of a quadrotor ( This is the w_z angular speed
291  /// of the quadri in the body frame). It is a discrete integrator
292  state[0].W.z = (dT() / j_yaw->Value()) * u_yaw + state[-1].W.z;
293
294  // u_yaw=c_mot->Value()*(fl_speed*fl_speed+rr_speed*rr_speed-fr_speed*fr_speed-rl_speed*rl_speed);
295  // state[0].W.z=(dT()/j_yaw->Value())*(u_yaw-f_air_lat->Value()*state[-1].W.z)+state[-1].W.z;
296
297  // compute quaternion from W
298  // Quaternion derivative: dQ = 0.5*(Q*Qw)
299  Quaternion dQ = state[-1].Quat.GetDerivative(state[0].W);
300
301  // Quaternion integration
302  state[0].Quat = state[-1].Quat + dQ * dT();
303  state[0].Quat.Normalize();
304
305  // Calculation of the thrust from the reference speed of motors
306  u_thrust = k_mot->Value() * (fl_speed * fl_speed + fr_speed * fr_speed +
307                               rl_speed * rl_speed + rr_speed * rr_speed);
308  Vector3D<double> vect(0, 0, -u_thrust);
309  vect.Rotate(state[0].Quat);
310
311  /*
312      ** ===================================================================
313      **     x double integrator
314      **
315      ** ===================================================================
316      */
317     
318  state[0].Pos.x =
319      (dT() * dT() / m->Value()) *
320          (vect.x - f_air_lat->Value() * (state[-1].Pos.x - state[-2].Pos.x) / dT()) +
321      2 * state[-1].Pos.x - state[-2].Pos.x;
322  state[0].Vel.x = (state[0].Pos.x - state[-1].Pos.x) / dT();
323 
324  /*
325  ** ===================================================================
326  **     y double integrator
327  **
328  ** ===================================================================
329  */
330  state[0].Pos.y =
331      (dT() * dT() / m->Value()) *
332          (vect.y -
333           f_air_lat->Value() * (state[-1].Pos.y - state[-2].Pos.y) / dT()) +
334      2 * state[-1].Pos.y - state[-2].Pos.y;
335  state[0].Vel.y = (state[0].Pos.y - state[-1].Pos.y) / dT();
336
337  /*
338  ** ===================================================================
339  **     z double integrator
340  **
341  ** ===================================================================
342  */
343  state[0].Pos.z =
344      (dT() * dT() / m->Value()) *
345          (vect.z +
346           f_air_vert->Value() * (state[-1].Pos.z - state[-2].Pos.z) / dT() +
347           m->Value() * G) +
348      2 * state[-1].Pos.z - state[-2].Pos.z;
349  state[0].Vel.z = (state[0].Pos.z - state[-1].Pos.z) / dT();
350
351#ifndef GL
352  if (state[0].Pos.z < 0)
353    state[0].Pos.z = 0;
354#endif
355}
356
357} // end namespace simulator
358} // end namespace flair
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.