source: flair-src/trunk/lib/FlairSimulator/src/X4.cpp @ 157

Last change on this file since 157 was 157, checked in by Sanahuja Guillaume, 4 years ago

iadded isready to iodevice:
avoid problem of imu not ready in ardrone2

File size: 12.3 KB
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 "Simulator.h"
19#include <SimuBldc.h>
20#include <TabWidget.h>
21#include <Tab.h>
22#include <DoubleSpinBox.h>
23#include <GroupBox.h>
24#include <math.h>
25#ifdef GL
26#include <ISceneManager.h>
27#include "Blade.h"
28#include "MeshSceneNode.h"
29#include "Gui.h"
30#include <Mutex.h>
31#endif
32
33#define K_MOT 0.4f    // blade animation
34#define G (float)9.81 // gravity ( N/(m/s²) )
35
36#ifdef GL
37using namespace irr::video;
38using namespace irr::scene;
39using namespace irr::core;
40#endif
41using namespace flair::core;
42using namespace flair::gui;
43using namespace flair::actuator;
44
45namespace flair {
46namespace simulator {
47
48X4::X4(const Simulator *parent, std::string name, int dev_id)
49    : Model(parent, name) {
50  Tab *setup_tab = new Tab(GetTabWidget(), "model");
51  m = new DoubleSpinBox(setup_tab->NewRow(), "mass (kg):", 0, 20, 0.1);
52  arm_length = new DoubleSpinBox(setup_tab->LastRowLastCol(), "arm length (m):",
53                                 0, 2, 0.1);
54  // l_cg=new DoubleSpinBox(setup_tab,"position G
55  // (m):",0,2,-0.5,0.5,0.02);//position du centre de gravité/centre de poussé
56  k_mot =
57      new DoubleSpinBox(setup_tab->NewRow(), "k_mot:", 0, 1, 0.001,
58                        3); // vitesse rotation² (unité arbitraire) -> force (N)
59  c_mot = new DoubleSpinBox(
60      setup_tab->LastRowLastCol(), "c_mot:", 0, 1, 0.001,
61      3); // vitesse rotation moteur -> couple (N.m/unité arbitraire)
62  f_air_vert = new DoubleSpinBox(setup_tab->NewRow(), "f_air_vert:", 0, 10,
63                                 1); // frottements air depl. vertical, aussi
64                                     // utilisé pour les rotations ( N/(m/s) )
65                                     // (du aux helices en rotation)
66  f_air_lat =
67      new DoubleSpinBox(setup_tab->LastRowLastCol(), "f_air_lat:", 0, 10,
68                        1); // frottements air deplacements lateraux ( N/(m/s) )
69  j_roll = new DoubleSpinBox(setup_tab->NewRow(), "j_roll:", 0, 1, 0.001,
70                             5); // moment d'inertie d'un axe (N.m.s²/rad)
71  j_pitch =
72      new DoubleSpinBox(setup_tab->LastRowLastCol(), "j_pitch:", 0, 1, 0.001,
73                        5); // moment d'inertie d'un axe (N.m.s²/rad)
74  j_yaw = new DoubleSpinBox(setup_tab->LastRowLastCol(), "j_yaw:", 0, 1, 0.001,
75                            5); // moment d'inertie d'un axe (N.m.s²/rad)
76
77  motors = new SimuBldc(this, name, 4, dev_id);
78 
79  SetIsReady(true);
80}
81
82X4::~X4() {
83  // les objets irrlicht seront automatiquement detruits (moteurs, helices,
84  // pales) par parenté
85}
86
87#ifdef GL
88
89void X4::Draw(void) {
90  // create unite (1m=100cm) UAV; scale will be adapted according to arm_length
91  // parameter
92  // note that the frame used is irrlicht one:
93  // left handed, North East Up
94  const IGeometryCreator *geo;
95  geo = getGui()->getSceneManager()->getGeometryCreator();
96
97  // cylinders are aligned with y axis
98  red_arm = geo->createCylinderMesh(2.5, 100, 16, SColor(0, 255, 0, 0));
99  black_arm = geo->createCylinderMesh(2.5, 100, 16, SColor(0, 128, 128, 128));
100  motor = geo->createCylinderMesh(7.5, 15, 16); //,SColor(0, 128, 128, 128));
101  // geo->drop();
102
103  ITexture *texture = getGui()->getTexture("carbone.jpg");
104  fl_arm = new MeshSceneNode(this, red_arm, vector3df(0, 0, 0),
105                             vector3df(0, 0, -135));
106  fr_arm = new MeshSceneNode(this, red_arm, vector3df(0, 0, 0),
107                             vector3df(0, 0, -45));
108  rl_arm = new MeshSceneNode(this, black_arm, vector3df(0, 0, 0),
109                             vector3df(0, 0, 135), texture);
110  rr_arm = new MeshSceneNode(this, black_arm, vector3df(0, 0, 0),
111                             vector3df(0, 0, 45), texture);
112
113  texture = getGui()->getTexture("metal047.jpg");
114  fl_motor = new MeshSceneNode(this, motor, vector3df(70.71, -70.71, 2.5),
115                               vector3df(90, 0, 0), texture);
116  fr_motor = new MeshSceneNode(this, motor, vector3df(70.71, 70.71, 2.5),
117                               vector3df(90, 0, 0), texture);
118  rl_motor = new MeshSceneNode(this, motor, vector3df(-70.71, -70.71, 2.5),
119                               vector3df(90, 0, 0), texture);
120  rr_motor = new MeshSceneNode(this, motor, vector3df(-70.71, 70.71, 2.5),
121                               vector3df(90, 0, 0), texture);
122
123  fl_blade = new Blade(this, vector3df(70.71, -70.71, 17.5));
124  fr_blade = new Blade(this, vector3df(70.71, 70.71, 17.5), true);
125  rl_blade = new Blade(this, vector3df(-70.71, -70.71, 17.5), true);
126  rr_blade = new Blade(this, vector3df(-70.71, 70.71, 17.5));
127
128  motor_speed_mutex = new Mutex(this);
129  for (int i = 0; i < 4; i++)
130    motor_speed[i] = 0;
131  ExtraDraw();
132}
133
134void X4::AnimateModel(void) {
135  motor_speed_mutex->GetMutex();
136  fl_blade->SetRotationSpeed(K_MOT * motor_speed[0]);
137  fr_blade->SetRotationSpeed(-K_MOT * motor_speed[1]);
138  rl_blade->SetRotationSpeed(-K_MOT * motor_speed[2]);
139  rr_blade->SetRotationSpeed(K_MOT * motor_speed[3]);
140  motor_speed_mutex->ReleaseMutex();
141
142  // adapt UAV size
143  if (arm_length->ValueChanged() == true) {
144    setScale(arm_length->Value());
145  }
146}
147
148size_t X4::dbtSize(void) const {
149  return 6 * sizeof(float) + 4 * sizeof(float); // 6ddl+4helices
150}
151
152void X4::WritedbtBuf(
153    char *dbtbuf) { /*
154                       float *buf=(float*)dbtbuf;
155                       vector3df vect=getPosition();
156                       memcpy(buf,&vect.X,sizeof(float));
157                       buf++;
158                       memcpy(buf,&vect.Y,sizeof(float));
159                       buf++;
160                       memcpy(buf,&vect.Z,sizeof(float));
161                       buf++;
162                       vect=getRotation();
163                       memcpy(buf,&vect.X,sizeof(float));
164                       buf++;
165                       memcpy(buf,&vect.Y,sizeof(float));
166                       buf++;
167                       memcpy(buf,&vect.Z,sizeof(float));
168                       buf++;
169                       memcpy(buf,&motors,sizeof(rtsimu_motors));*/
170}
171
172void X4::ReaddbtBuf(
173    char *dbtbuf) { /*
174                       float *buf=(float*)dbtbuf;
175                       vector3df vect;
176                       memcpy(&vect.X,buf,sizeof(float));
177                       buf++;
178                       memcpy(&vect.Y,buf,sizeof(float));
179                       buf++;
180                       memcpy(&vect.Z,buf,sizeof(float));
181                       buf++;
182                       setPosition(vect);
183                       memcpy(&vect.X,buf,sizeof(float));
184                       buf++;
185                       memcpy(&vect.Y,buf,sizeof(float));
186                       buf++;
187                       memcpy(&vect.Z,buf,sizeof(float));
188                       buf++;
189                       ((ISceneNode*)(this))->setRotation(vect);
190                       memcpy(&motors,buf,sizeof(rtsimu_motors));
191                       AnimateModele();*/
192}
193#endif // GL
194
195// states are computed on fixed frame NED
196// x north
197// y east
198// z down
199void X4::CalcModel(void) {
200  float fl_speed, fr_speed, rl_speed, rr_speed;
201  float u_roll, u_pitch, u_yaw, u_thrust;
202#ifdef GL
203  motor_speed_mutex->GetMutex();
204#endif // GL
205  motors->GetSpeeds(motor_speed);
206#ifdef GL
207  motor_speed_mutex->ReleaseMutex();
208#endif // GL
209  fl_speed = motor_speed[0];
210  fr_speed = motor_speed[1];
211  rl_speed = motor_speed[2];
212  rr_speed = motor_speed[3];
213
214  /*
215      ** ===================================================================
216      **    u roll: roll torque
217      **
218      ** ===================================================================
219      */
220  u_roll = arm_length->Value() * k_mot->Value() *
221           (fl_speed * fl_speed + rl_speed * rl_speed - fr_speed * fr_speed -
222            rr_speed * rr_speed) *
223           sqrtf(2) / 2;
224
225  /// Classical Nonlinear model of a quadrotor ( This is the w_x angular speed
226  /// of the quadri in the body frame). It is a discrete integrator
227  state[0].W.x =
228      (dT() / j_roll->Value()) *
229          ((j_yaw->Value() - j_pitch->Value()) * state[-1].W.y * state[-1].W.z +
230           u_roll) +
231      state[-1].W.x;
232
233  // 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;
234  // 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;
235
236  /*
237  ** ===================================================================
238  **   u pitch : pitch torque
239  **
240  ** ===================================================================
241  */
242  u_pitch = arm_length->Value() * k_mot->Value() *
243            (fl_speed * fl_speed + fr_speed * fr_speed - rl_speed * rl_speed -
244             rr_speed * rr_speed) *
245            sqrtf(2) / 2;
246
247  /// Classical Nonlinear model of a quadrotor ( This is the w_y angular speed
248  /// of the quadri in the body frame). It is a discrete integrator
249  state[0].W.y =
250      (dT() / j_pitch->Value()) *
251          ((j_roll->Value() - j_yaw->Value()) * state[-1].W.x * state[-1].W.z +
252           u_pitch) +
253      state[-1].W.y;
254
255  // 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;
256  // 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;
257
258  /*
259  ** ===================================================================
260  **    u yaw : yaw torque
261  **
262  ** ===================================================================
263  */
264  u_yaw = c_mot->Value() * (fl_speed * fl_speed + rr_speed * rr_speed -
265                            fr_speed * fr_speed - rl_speed * rl_speed);
266
267  /// Classical Nonlinear model of a quadrotor ( This is the w_z angular speed
268  /// of the quadri in the body frame). It is a discrete integrator
269  state[0].W.z = (dT() / j_yaw->Value()) * u_yaw + state[-1].W.z;
270
271  // u_yaw=c_mot->Value()*(fl_speed*fl_speed+rr_speed*rr_speed-fr_speed*fr_speed-rl_speed*rl_speed);
272  // state[0].W.z=(dT()/j_yaw->Value())*(u_yaw-f_air_lat->Value()*state[-1].W.z)+state[-1].W.z;
273
274  // compute quaternion from W
275  // Quaternion derivative: dQ = 0.5*(Q*Qw)
276  Quaternion dQ = state[-1].Quat.GetDerivative(state[0].W);
277
278  // Quaternion integration
279  state[0].Quat = state[-1].Quat + dQ * dT();
280  state[0].Quat.Normalize();
281
282  // Calculation of the thrust from the reference speed of motors
283  u_thrust = k_mot->Value() * (fl_speed * fl_speed + fr_speed * fr_speed +
284                               rl_speed * rl_speed + rr_speed * rr_speed);
285  Vector3D vect(0, 0, -u_thrust);
286  vect.Rotate(state[0].Quat);
287
288  /*
289      ** ===================================================================
290      **     x double integrator
291      **
292      ** ===================================================================
293      */
294  state[0].Pos.x =
295      (dT() * dT() / m->Value()) *
296          (vect.x -
297           f_air_lat->Value() * (state[-1].Pos.x - state[-2].Pos.x) / dT()) +
298      2 * state[-1].Pos.x - state[-2].Pos.x;
299  state[0].Vel.x = (state[0].Pos.x - state[-1].Pos.x) / dT();
300
301  /*
302  ** ===================================================================
303  **     y double integrator
304  **
305  ** ===================================================================
306  */
307  state[0].Pos.y =
308      (dT() * dT() / m->Value()) *
309          (vect.y -
310           f_air_lat->Value() * (state[-1].Pos.y - state[-2].Pos.y) / dT()) +
311      2 * state[-1].Pos.y - state[-2].Pos.y;
312  state[0].Vel.y = (state[0].Pos.y - state[-1].Pos.y) / dT();
313
314  /*
315  ** ===================================================================
316  **     z double integrator
317  **
318  ** ===================================================================
319  */
320  state[0].Pos.z =
321      (dT() * dT() / m->Value()) *
322          (vect.z +
323           f_air_vert->Value() * (state[-1].Pos.z - state[-2].Pos.z) / dT() +
324           m->Value() * G) +
325      2 * state[-1].Pos.z - state[-2].Pos.z;
326  state[0].Vel.z = (state[0].Pos.z - state[-1].Pos.z) / dT();
327
328#ifndef GL
329  if (state[0].Pos.z < 0)
330    state[0].Pos.z = 0;
331#endif
332}
333
334} // end namespace simulator
335} // end namespace flair
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.