Was wird benötigt?

• Microsoft Visual C# 2008 Express Edition
• Microsoft Robotics Developer Studio 2008 Express Edition
• Google SketchUp
• SketchUp Object Exporter Skript

Export aus Google SketchUp

Erste Fehlschläge

Es gabe einige Fehlschläge bereits beim Export von Google SketchUp. Die kostenlose  Google SU Version bietet als Export Format nur das .kmz Format für Google Earth Version 3 bzw. 4 an. Für die meisten Versuche wurde zudem noch Blender benötigt, da von SU aus über ein drittes Format exportiert wurde, das dann zunächst in Blender importiert und anschließend im .obj Format exportiert wurde.

1.Versuch mit dem obj_export SketchUp Plugin. Das Modell ist viel zu groß und muß erst mühsam in Blender skaliert werden. Außerdem fehlen alle Farben und Texturen, da kein .mtl File erzeugt wird.

2. Versuch mit dem Collada V1.4 Import von Blender. Das Google Earth V4 Format ist nichts anderes als ein gezipptes Collada File. Also einfach .kmz File in .zip File umbenennen und das Archiv extrahieren. Dann von Blender aus Import (als Collada V1.4) das .dae File auswählen. Auch hier stimmen die Dimensionen nicht und das Modell muß etliche Male herunterskaliert werden.

3. Versuch. Für das Google Earth 3 Format gibt es das kmz/kml Python Blender Plugin. Der Import funktioniert zwar inklusive Texturen und korrekten Dimensionen des Modells. Aber beim Export von Blender, gehen dann bei komplexen Modellen viele Flächen verloren.

Der Durchbruch

Der Durchbruch gelang erst mit dem Object Export Skript von Marten van der Honing . Damit klappt es endlich. Sowohl die Dimensionen des Modells und auch die Materialien werden korrekt exportiert. Vor allem aber wird kein Blender Programm mehr als Zwischenstufe benötigt. Das spart Zeit und Nerven. Einzig die korrekte Ausrichtung der Modelle vor dem Export muß man beachten, dann klappt der Import ins MRDS ohne Probleme.

Chassis und Räder getrennt exportieren

Da sich in der Simulationsumgebung von MRDS die Räder des Modells auch drehen sollen, müssen die Räder getrennt vom Chassis exportiert werden. Dabei genügt es, ein einzelnes  Rad zu exportieren. Das MRDS fügt dann 2 Räder bei einem 2-Rad Roboter ein. Das Chassis wird dann ohne Räder exportiert. Vor dem Export müssen die Modelle in SU korrekt  auf den 3 Achsen ausgerichtet werden. Das Chassis muß dazu folgendermaßen ausgerichtet werden:

• durch den Mittelpunkt des Chassis geht die blaue Achse.
• die  Front des Modells zeigt nach vorne
• Das Stützrad berührt die grüne Achse.

So sollte das dann aussehen:

Für die Antriebsräder gelten folgende Vorgaben:

• Der 0-Punkt liegt auf der Innenseite des Rades
• Die rote Achse geht durch die Mitte des Rades
• Die grüne und blaue Achse berühren die Innenseite des Rades.

Ein Bild sagt mehr als 1000 Worte:

Hinweis: Es klappt nicht, wenn man die Achsen selbst an das Modell anpaßt (mit dem  Symbol). Man muß schon das Modell selbst verschieben.

Export Einstellungen

Nachdem man das Object Export Skriptin das Google SU plugins Verzeichnis kopiert hat, findet man nach einem SU Neustart im Menü unter Plugins den Eintrag Obj Exporter… Klickt man auf diesen Menüpunkt erscheint der folgende Dialog:

Dort klickt man lediglich noch die beiden Optionen ‘Export front faces’ und Export back faces’ an und anschließend den Export .obj File Button.  Bei komplexen Modellen dauert es schon ein Minütchen, bis das .obj File und .mtl File erzeugt werden.

Import ins Microsoft Robotics Studio

Der Import des 3D Modells geschieht über das Kommandozeilen Tool obj2bos.exe. MRDS kann zwar auch das .obj Format direkt importieren, aus Performance Gründen wird aber das hauseigene .bos Format empfohlen. Die zu importierenden Dateien, das .obj File und das .mtl File werden zunächst in den MRDS Unterordner store/media kopiert. Den obj2bos Konverter starte man vom DSS-Comand Prompt aus mit der folgenden Befehlszeile:

obj2bos.exe /infile:.\store\media\RobotNo1Chassis.obj

Das selbe wiederholt man für das Rad:

obj2bos.exe /infile:.\store\media\RobotNo1Wheel.obj

Anpassungen im Projekt

Als Vorlage für das Simulations Projekt wird das MRDS Simulator Tutorial von Sara Morgan aus dem MSDN Magazin verwendet. Ursprünglich wurde das Tutorial  für den Boe-Bot von Parallax geschrieben. Ich habe es nur für meinen RobotNo1 Roboter entsprechend dem Tutorial angepaßt und neu aufgebaut. Auf das Tutorial werde ich hier nur kurz eingehen. 2 Dinge sind mir beim Nachbau aufgefallen:

1. Sobald man ein neues Projekt (Vorlage ‘DSS Service 2.0′) erstellt hat, sollte man als erstes unter Einstellungen den Referenz Pfad zum MRDS bin Ordner hinzufügen und alle eigenen Projekte in einem neu erstellten Verzeichnis im MRDS Root Ordner ablegen. Bei Visual Studio Express kann man dan Pfad erst angeben, wenn man das Projekt speichert.

_

2. Man muß noch einige Referenzen (rechter Mausklick auf ‘References’ im Solution Explorer) von Hand dem Projekt hinzufügen, damit es sich korrekt übersetzen läßt. Das folgende Bild zeigt dies:

Am Programmcode selbst wurden nur einige kleinere Änderungen gemacht, damit das 3D-Modell des RobotNo1 den Boe-Bot ersetzt. Da der Simulator eine Physik Engine (Ageia PhysX) besitzt, müssen im Programm zudem die physikalischen Größen (Gewicht, Abmessungen, Postition der Antriebsräder und des Stützrades) an das eigene Modell angepasst werden.

MASS = 0.454f; //in kilograms  (around 1 pound)
// the default settings approximate the BoeBot chassis
CHASSIS_DIMENSIONS = new Vector3(0.10f, //meters wide
0.05f,  //meters high
0.16f); //meters long
FRONT_WHEEL_MASS = 0.01f;
CHASSIS_CLEARANCE = 0.020f;
FRONT_WHEEL_RADIUS = 0.034f;
CASTER_WHEEL_RADIUS = 0.010f;
FRONT_WHEEL_WIDTH = 0.007f;
CASTER_WHEEL_WIDTH = 0.008f; //not currently used, but dim is accurate
FRONT_AXLE_DEPTH_OFFSET = -0.02f; // distance of the axle from the center of robot
 
base.State.Name = "RobotNo1";
base.State.MassDensity.Mass = MASS;
base.State.Pose.Position = initialPos;
base.State.Assets.Mesh = "RobotNo1Chassis.bos";
base.WheelMesh = "RobotNo1Wheel.bos";

Visual Studio und VSE

Danach kann man das Programm im VisualStudio neu übersetzt und falls keine Fehler entdeckt wurden, gestartet werden. Nach einer kleinen Weile erscheinen dann zunächst die DSS Host Console, dann das Simple Dashboard und schließlich die Simulation (VSE Visual Simulation Environment) selbst. Dort sollte dann unser Modell und ein Würfel erscheinen. Mit der Maus und den Cursor Tasten der Tastatur kann man die Position der Kamera verändern. Die Darstellung des Modells kann man im Menüpunkt ‘Render’ umschalten zwischen:

• ‘Visual’ di für uns Menschen normale Sichtweise mit Textturen Licht und Schatten
• ‘WireFrame’, die Darstellung der Modelle als Drahtgitter
• ‘Physics’, so, wie es der Computer sieht. Simple Körper mit Masse und Schwerpunkt
• ‘Combined. Die Kombination zwischen Visual und Physics. Damit kann man kontrollieren, wie genau das gezeichnete Modell mit den Einstellungen im Programm übereinstimmt.

Dashboard

Steuern läßt sich unser Modell über das Dashboard. Dazu muß man:

• Verbindung zum VSE aufnehmen durch Eingabe von ’50001′ im Port Editierfeld.
• Doppelklick auf den Service ‘[SimulatedRobotNo1]…’
• Klick auf ‘Drive’
• jetzt sollte sich der Roboter durch klicken und Ziehen an der Kugel in alle Richtungen bewegen lassen

Alle Dashboard Einstellungen nochmal im Bild:

auch ein virtueller Asuro tummelt sich bereits im MRDS Simulator.

das vollständige Projekt gibt es hier zum download. Das .zip Archiv wird einfach in den MRDS Ordner entpackt. Im Unterordner RobotFreak gibt es die beiden Projekte SimulatedAsuro und SimulatedRobotNo1. Bevor man selbst versucht, die Projekte zu übersetzen, muß das ‘setup.cmd’ Script vom DSS Command Prompt gestartet werden. Damit werden die absoluten Pfadangaben in den Projekten an die lokalen Einstellungen angepasst.

Wie geht es weiter?

Zunächst werde ich mich näher mit der visuellen Programmiersprache VPL befassen. Das verspricht doch schnellere Erfolge, anstelle den virtuellen Roboter in C# zu coden.  Mit VPL lassen sich recht einfach Roboter Verhaltensprogramme realisieren.

Derzeit sind die Modelle noch blind wie die Maulwürfe, d.h. sie verfügen noch nicht über irgendwelche Sensoren. Die müssen ebenso simuliert werden, damit der Roboter nicht ständig gegen irgendwelche virtuellen Hindernisse stösst.

Das Endziel wird ein selbst gebauter Roboter sein, der sich über MRDS steuern läßt. Dazu muß auf dem Roboter selbst kein Windows laufen. Allerdings funktioniert so ein Roboter nur dann, wenn ein Windows PC mitläuft. Denn nur auf dem Windows PC läuft das eigentliche Steuerprogramm.

Weblinks

• MRDS Simulator Tutorial von Sara Morgan
• C# Projekte und SketchUp Files für dieses Tutorials
• ProMRDS - das Standard Buch zum MRDS. Viele Tutorials und Programmierbeispiele online verfügbar
• Microsoft Robotik Forum

Einführung

Dieses Tutorial bezieht sich auf die deutsche Google SketchUp Version 6 für Windows.  SketchUp oder auch kurz SU genannt gibt es zum Download unter http://sketchup.google.com/intl/de/. Neben der Windows Version gibt es auch eine Version für Mac OS-X (10.4+). Für die ersten Schritte mit SU sind die Einführungs Videos sehr zu empfehlen.  Dort sieht man, wie einfach es ist mit SU zu arbeiten und selbst kompliziert aussehende Formen im Handumdrehen zu erzeugen. Naja, ganz so einfach ist es zu Anfang sicher nicht aber Übung macht den Meister. Als Grundeinstellung empfiehlt es sich, die Modelleinheiten gleich nach der Installation auf Dezimal in Millimeter umzustellen. Des weiteren ist zu empfehlen, unter dem Menüpunkt Ansicht | Symbolleisten, den großen Funktionssatz einzuschalten.

Komponenten

Google SketchUp bietet die Möglichkeit zum Erstellen von Komponenten. Komponenten sind Gruppierungen von Formen, die man als einzelne Datei speichern kann. Man kann sich so nach und nach eine Bibliothek von Bauteilen anlegen kann, die man dann in verschiedenen Projekten immer wieder verwenden kann. So fängt man am besten auch beim Entwurf eines neuen Roboter Modells an, man beginnt Komponenten zu entwerfen. Für jedes Einzelteil eines Roboters eine Komponente, so z.B. für die Räder, Motoren, Chassis usw.

Maßstabstreu zeichnen

Mit Google SketchUp kann man auch maßstabsgetreu zeichnen. Dazu sollte man am besten bereits während der Installation von SketchUp den Default Maßstab von Architektur in Zoll auf Dezimal in Millimeter ändern. Ansonsten kann man dies auch jederzeit beim Entwurf im Hauptmenü unter Fenster | Modellinformationen | Einheiten ändern. Beim Zeichnen einer Form (Rechtkreis, Kreis, Vieleck oder Linie) gibt man einfach den gewünschten  Wert und die Einheit mm an und drückt die Enter Taste. Schon springt die Form auf die gewünschte Größe. Das Funktioniert auch bei vielen anderen Werkzeugen. Beim Zeichnen der ersten Form wird man sich vielleicht wundern, dass die Form so klein dargestellt wird. Aber das ist kein Problem. Einfach auf da Gesamtgröße aufzoomen  Icon geklickt, schon sieht man die Form in voller Größe. Von Vorteil ist auch eine Maus mit Scrollrad, damit kann man jederzeit auf- bzw. abzoomen.

Zum maßgenauen Zeichnen von Rechtecken klickt man auf das Rechteck Symbol gibt man die Länge und Breite des Rechtecks ein mit einem Semikolon ein. z.B. 50mm;80mm gefolgt von der ENTER-Taste.
Für Kreise klickt man auf das Kreis Symbol gibt man den Radius ein. z.B. 1,5mm gefolgt von der ENTER-Taste.
Für Vielecke gibt man dem Klick auf das Vieleck Symbol die Anzahl der Ecken ein und drückt die ENTER Taste, danach positioniert man das Vieleck und kann dann den Radius eingeben.

Die Vorteile eines maßstabsgetreuen Modell liegen auf der Hand.

• Alle Komponenten passen ohne umständliche Skalierung sofort zusammen.
• Man kann genaue Ausdrucke z.B. des Chassis machen und diese als Vorlage zum Bohren und Zusägen des Chassis verwenden.
• Austausch von Komponenten mit anderen SketchUp Usern wird erleichtert
• Die Übernahme in andere 3D Programme funktioniert einfacher

Maßband

Das Maßband ist ein sehr hilfreiches Werkzeug. Zum einen kann man damit beliebige Abstände innerhalb des Modells messen und bekommt den  genauen Wert in der Statusbar angezeigt. Zum anderen lassen sich damit auch Hilfslinien zeichnen, um z.B. die genaue Position einer Bohrung in einer Form festzulegen. Werden die Hilfslinien nicht mehr benötigt, können diese mit einem Klick auf Bearbeiten | Führungslinien löschen gelöscht werden.

Drucken

Was nützt einem eine maßstabsgetreue Zeichnung, wenn man diese nicht auch maßstabsgetreu ausdrucken kann. Das klappt auch unter SU, allerdings muss man schon wissen wie. Zum Druck z.B. einer Bohrschablone für das Chassis muss man dazu zunächst vorübergehend unter dem Menüpunkt Kamera  von Perspektive auf Parallele Projektion umschalten. Man will ja keine 3D Ansicht ausdrucken sondern eine 2D Draufsicht. Dann sollte man auf Gesamtgröße aufzoomen (der Ausdruck richtet sich nämlich nach der Ansicht). Dann öffnet man den Druck Dialog, entfernt den Haken vor Druckformat | An Seite anpassen und vor Modell Erweiterungen verwenden und stellt die Skalierung in SketchUp und in der Ausgabe jeweils auf 10 mm.

Exportieren

Die kostenlose Version von Google SketchUp erlaubt nur das Speichern im SketchUp internen Format .skp . Als Export in andere 3D Formate wird das Google Earth Format  .kmz angeboten. Das .kmz ist im Prinzip nichts anderes als gezipptes File im Collada Format. Wenn man das .kmz File in ein .zip File umbenennt kann man das Archiv öffnen und sieht die Einzel Files, aus denen es besteht.

Über die Import Funktion von Blender kann man Collada Files lesen (Collada V1.4) und z.B. in das .obj Format von Wavefront exportieren. Damit ließen sich die Roboter Modelle auch mit dem Microsoft Robotics Developer Studio MRDS verwenden. MRDS kann das .obf Format in das eigene .bos Format konvertieren. Damit könnte man dann seinen virtuellen Roboter im MRDS Simulator testen. Aber das ist ein Thema für ein weiteres Tutorial.

3D-Warehouse

Mit dem 3D-Warehouse für Google SketchUp steht eine riesige Online Bibliothek zur Verfügung. Viele User benutzen das 3D-Warehouse, um dort ihre Modelle hochzuladen und sie damit anderen Usern zur Verfügung zu stellen. Mit der gewohnten Google Suche findet man schnell die ein oder andere Komponente, die man gerade braucht. Auch ich habe dort meine Roboter Kollektion abgelegt.

Weblinks

• http://sketchup.google.com/intl/de/
• http://sketchup.google.com/3dwarehouse
• Meine Robotik Modelle und Komponenten