# ステップ4: クローラの制御

ステップ3で砲塔の制御ができるようになりましたので、ステップ4では車体を動かすクローラ部分の制御をできるようにしましょう。

目次

- Tankモデルの簡易クローラ
- 簡易クローラのコントローラ
- コントローラの導入
- クローラの操作
- 実装内容の解説

## Tankモデルの簡易クローラ

Tankモデルの左右のクローラは「簡易クローラ」としてモデリングされています（クローラの記述 参照）。これはクローラ部と環境との接触点に推力を与えるというもので、履帯の部分が実際にホイールの周りを動いていくというものではないのですが、これを用いることでクローラ風の動きをすることが可能です。ただし、履帯の部分が地形に沿って変形していくようなものではないので、走破性は本物のクローラには及びません。この詳細は 無限軌道の簡易シミュレーション を参照して下さい。

Tankモデルでは、左クローラに対応するリンクが “TRACK_L”、右クローラに対応するリンクが “TRACK_R” という名前でモデリングされています。これらのリンクは簡易クローラに対応する “pseudoContinuousTrack” タイプの軸が設定されており、それらの軸をゲームパッドで制御できるようにしたいと思います。

## 簡易クローラのコントローラ

今回作成するコントローラ “TrackController” のソースコードを以下に示します。

     1
     2
     3
     4
     5
     6
     7
     8
     9
    10
    11
    12
    13
    14
    15
    16
    17
    18
    19
    20
    21
    22
    23
    24
    25
    26
    27
    28
    29
    30
    31
    32
    33
    34
    35
    36
    37
    38
    39
    40
    41
    42
    43
    44
    45
    #include <cnoid/SimpleController>
    #include <cnoid/Joystick>

    using namespace cnoid;

    class TrackController : public SimpleController
    {
        Link* trackL;
        Link* trackR;
        Joystick joystick;

    public:
        virtual bool initialize(SimpleControllerIO* io)
        {
            trackL = io->body()->link("TRACK_L");
            trackR = io->body()->link("TRACK_R");

            io->setLinkOutput(trackL, JOINT_VELOCITY);
            io->setLinkOutput(trackR, JOINT_VELOCITY);

            return true;
        }

        virtual bool control()
        {
            static const int axisID[] = { 0, 1 };

            joystick.readCurrentState();

            double pos[2];
            for(int i=0; i < 2; ++i){
                pos[i] = joystick.getPosition(axisID[i]);
                if(fabs(pos[i]) < 0.25){
                    pos[i] = 0.0;
                }
            }

            trackL->dq() = -2.0 * pos[1] + pos[0];
            trackR->dq() = -2.0 * pos[1] - pos[0];

            return true;
        }
    };

    CNOID_IMPLEMENT_SIMPLE_CONTROLLER_FACTORY(TrackController)

これまでと同様に、上記のソースコードを “TrackController.cpp” というファイル名でプロジェクトディレクトリに保存し、同ディレクトリ内のCMakeLists.txtに

    add_cnoid_simple_controller(TankTutorial_TrackController TrackController.cpp)

という記述を追加し、コンパイルを行って下さい。

## コントローラの導入

コントローラの導入についても、これまでと同様に…と言いたいところですが、今回作成したコントローラは砲塔を制御する部分がありませんので、このコントローラだけセットしても、砲塔を動かすことができなくなってしまいます。そこで、これまでの砲塔のコントローラを生かしつつ、今回のコントローラを追加で導入したいと思います。

注釈

もちろん、今回のソースコード自体に砲塔制御のコードも含めておくという手もあります。その場合はこれまでと同様に、シンプルコントローラアイテムの「コントローラモジュール」に、統合したコントローラのファイルを指定すればOKです。本チュートリアルではステップごとに追加される部分を明確にするため、各ステップのコントローラにはあえて追加部分のみを記述しています。また、そのようにコントローラを機能ごとに分けておくことは、開発したコントローラの再利用性を向上させることにもつながります。

コントローラを追加するには、シンプルコントローラアイテムを追加すればOKです。ステップ2で行った コントローラアイテムの生成 と同様の操作でアイテムを生成して下さい。生成するアイテムの名前はコントローラの名前と合わせて、”TrackController” とするとよいでしょう。生成したアイテムの「コントローラモジュール」プロパティには、今回作成したコントローラファイル “TankTutorial_TankController.so” を指定します。

ここで注意が必要なのが、追加したコントローラアイテムの配置です。ひとつ目のコントローラアイテムと同様の配置ということになると、まず以下のような配置が考えられます。

このように制御対象モデルの小アイテムとして複数のコントローラアイテムを並列に配置した場合、それらは独立したコントローラとしてモデルの制御を行います。具体的には以下の動作となります。

- 各コントローラに渡される SimpleControllerIO型のオブジェクト(IOオブジェクト）はそれぞれ異なるオブジェクトとなる。IOオブジェクトから取得する入出力用Bodyオブジェクトについても異なるものとなる。
- 各コントローラのcontrol関数は並列に実行される。正確には、シミュレータアイテムの「コントローラスレッド」プロパティがtrueとなっている場合、各コントローラのcontrol関数用に別スレッドが割り当てられて、それらが並列実行される。

一方で、今回の2つのコントローラアイテムは以下のように配置することも可能です。

ここでは2つ目のコントローラを１つめのコントローラの小アイテムとして配置しています。この場合、２つのコントローラが一体となって動作します。具体的には以下の動作となります。

- 各コントローラに渡されるIOオブジェクトは、同一オブジェクトの共有となる。従って、IOオブジェクトから得られる入出力用Bodyオブジェクトも共有となる。
- 各コントローラのcontrol関数は直列に実行される。実行順序はツリー内での深さ優先探索順となる。

本チュートリアルで作成するコントローラはどちらの場合でも正常に動作しますが、一般的には後者の一体形式を用いるのが望ましいです。そちらの方が必要なリソースが少なくて済みますし、コントローラ間の連携もしやすくなるからです。本チュートリアルではこの一体形式を用いるものとしますので、本ステップでは２番目の図のようにTurnetControllerの小アイテムとしてTrackControllerを配置するようにしてください。

なお、前者の並列形式についても、複数のコントローラの並列実行が可能という点は利点となります。また、異なるタイプのコントローラアイテムは、この形式でしか利用できません。従って、状況に応じて両形式を使い分けることになります。

## クローラの操作

シミュレーションを実行しましょう。今回はゲームパッドのもう一方（左側）のアナログスティックで、Tankモデルの車体を走らせることができますので、試してみて下さい。スティックを前に倒すと前進、後ろで後退、左で左旋回、右で右旋回となります。

また、TurretControllerも残してありますので、砲塔の制御も引き続き可能となっています。

ゲームパッドの各部位と操作内容の対応を仮想ジョイスティックビューで示すと以下のようになります。

これでTankモデルの全ての軸を操作できるようになりました。

## 実装内容の解説

TrackControllerの実装内容について、このコントローラに特有の部分に絞って解説します。

まずintialize関数内の

    trackL = io->body()->link("TRACK_L");
    trackR = io->body()->link("TRACK_R");

によって、左右それぞれのクローラに対応する入出力用リンクを取得しています。

簡易クローラの場合、指令値はトルクではなく駆動速度で与えるようになっています。このため、

    io->setLinkOutput(trackL, JOINT_VELOCITY);
    io->setLinkOutput(trackR, JOINT_VELOCITY);

を実行して、出力する値のタイプを速度に設定しています。

control関数内の

    static const int axisID[] = { 0, 1 };

は、クローラ軸に対応させるゲームパッドの軸IDの設定です。これについても、F310以外のゲームパッドを用いる場合は、適切な対応となるよう調整してください。

出力は関節速度を格納する変数dqにセットします。control関数内の

    trackL->dq() = -2.0 * pos[1] + pos[0];
    trackR->dq() = -2.0 * pos[1] - pos[0];

によって、軸の状態から各クローラの駆動速度を決定し出力しています。スティックの前後軸については両クローラに対して同じ駆動速度を与え、スティックの左右軸については両クローラに正反対の駆動速度を与えます。このようにすると、前後軸で前進後退、左右軸で旋回という挙動になります。