通过 Isaacsim 仿真 reBot-B601-DM
简介
这是一个专为 reBot-B601-DM 设计的 NVIDIA Isaac Sim 仿真项目。它利用 Isaac Sim 的高保真物理引擎，在虚拟环境中精确复现机械臂的运动学特性与夹爪联动逻辑，为控制算法开发、轨迹规划验证及通信协议测试提供独立的纯仿真环境。
环境需求
- 操作系统：Ubuntu 22.04 LTS / 24.04 LTS（推荐）或 Windows 11（需 WSL2）
- GPU：NVIDIA RTX 系列显卡（推荐 RTX 3070 及以上），显存 ≥ 8GB
- 驱动：NVIDIA 官方驱动 ≥ 535.x，支持 CUDA 12.x
- 内存：≥ 32GB RAM（Isaac Sim 场景加载与物理仿真对内存消耗较大）
- 存储：≥ 100GB SSD 可用空间（用于 Isaac Sim 安装、缓存及 USD 资产）
本wiki中是电脑连接机械臂，服务器端运行 isaacsim 仿真。服务器配备了 NVIDIA RTX 4090 GPU，运行 Ubuntu 22.04 LTS 操作系统。
安装Isaacsim
官方链接和资源：
https://docs.isaacsim.omniverse.nvidia.com/6.0.0/installation/quick-install.html
https://docs.isaacsim.omniverse.nvidia.com/6.0.0/installation/download.html#isaac-sim-latest-release
下载 Isaac Sim 独立软件包
💡 适合大多数用户，无需编译，开箱即用。
下载与解压
从 NVIDIA 官网 下载 isaac-sim-standalone-6.0.0-linux-x86\_64.zip。
mkdir -p ~/isaacsim
cd ~/Downloads
unzip isaac-sim-standalone-6.0.0-linux-x86_64.zip -d ~/isaacsim
cd ~/isaacsim
./post_install.sh
设置环境变量
将以下内容添加到 ~/.bashrc 或 ~/.zshrc：
export ISAACSIM_PATH="${HOME}/isaacsim"
export ISAACSIM_PYTHON_EXE="${ISAACSIM_PATH}/python.sh"
然后执行 source ~/.bashrc 使其生效。
启动验证
${ISAACSIM_PATH}/isaac-sim.sh
下载项目
git clone https://github.com/hopcan/reBot-Isaacsim.git
配置 reBotArm_control_py 的 uv 环境
cd third_party/reBotArm_control_py
uv sync
功能组件概览
本项目提供多种发送端，以满足不同的使用场景：
| 组件 | 说明 |
|---|---|
gravity_joint_sender | 重力补偿手柄模式：改装机械臂（拆卸夹爪，加装手柄），通过重力补偿模式允许手动掰动，实时同步关节角到 Isaac Sim |
isaacsim_ik_sender | 逆运动学（IK）模式：输入末端位姿，通过 IK 求解器得到关节角，发送到 Isaac Sim |
isaacsim_traj_sender | 轨迹规划（Traj）模式：在 IK 基础上增加关节空间轨迹规划（MIN_JERK 时间剖面），实现平滑运动控制 |
isaacsim_joint_test_sender | 关节测试模式：无需真实机械臂，发送预设关节角轨迹，用于验证 Isaac Sim 接收端和通讯是否正常 |
joint_reader_sender | Real-to-Sim 映射模式：只读关节角并映射到 Isaac Sim，适合与其他控制项目配合使用（例如：实际机械臂在运行其他任务时，同步映射到 Isaac Sim 进行可视化） |
目录结构
reBot-Isaacsim/
├── pyproject.toml # uv 工作空间配置
├── README.md
├── README_EN.md
├── README_ES.md
├── reBotArm_Isaacsim/ # 主示例目录
│ ├── gravity_joint_sender.py # 真实机械臂发送端（uv 环境）
│ ├── isaacsim_ik_sender.py # IK 发送脚本（必须用 Isaac python.sh）
│ ├── isaacsim_traj_sender.py # 轨迹发送脚本（必须用 Isaac python.sh）
│ ├── isaacsim_joint_test_sender.py # 测试发送脚本（视情况使用 python.sh）
│ ├── joint_reader_sender.py # 只读映射脚本（真实机械臂/其他项目）
│ ├── isaacsim_joint_receiver.py # Isaac Sim 接收端（必须用 Isaac python.sh）
│ ├── live_sync.py # 启动说明脚本
│ └── ...
├── third_party/
│ └── reBotArm_control_py/ # 机械臂控制库（独立 uv 环境）
│ ├── pyproject.toml
│ └── ...
├── urdf/
│ └── ... # 机械臂 URDF / 配置
├── usd/
│ └── reBot_B601_DM/
│ └── reBot_B601_DM.usda # reBot-B601-DM 资产
└── ...
启动（双终端模式）
需要两个独立终端。终端 1 是 Isaac Sim 接收端，终端 2 根据不同功能选择对应的发送端。
终端 1 — 启动 Isaac Sim 接收端（所有模式共用）
用 isaacsim 的 python 运行接收端代码
根据自己的设备修改 DEFAULT_SIM_HOST 和 DEFAULT_REBOT_ARM_HOST的值。
DEFAULT_SIM_HOST 是运行 isaacsim 仿真环境的主机ip。
DEFAULT_REBOT_ARM_HOST 是连接机械臂的主机ip。
如果两端都用的是本机,请将 DEFAULT_SIM_HOST 修改成 "127.0.0.1"
cd reBotArm_Isaacsim
${ISAACSIM_PYTHON_EXE} gravity_joint_sender.py
预期输出：
- 启动 Isaac Sim 图形界面
- 加载地面和机械臂 USD 资产
- 监听 UDP DEFAULT_SIM_HOST:5005
- 等待发送端连接
终端 2 — 根据功能选择对应的发送端
启动顺序：先接收端，再发送端。
部分功能需要连接实际机械臂，以下是使用usb2can的必要操作。
# 查看 USB2CAN 的串口，确保检测到端口
ls ttyACM*
# 赋予端口权限
sudo chmod 666 /dev/ttyACM*
根据自己的设备修改 DEFAULT_SIM_HOST 的值。
DEFAULT_SIM_HOST 是运行 isaacsim 仿真环境的主机ip。
如果两端都用的是本机,请将 DEFAULT_SIM_HOST 修改成 "127.0.0.1"
① 关节测试模式（isaacsim_joint_test_sender）
无需真实硬件，预设轨迹循环发送，用于验证通讯和 Isaac Sim 接收端：
cd reBotArm_Isaacsim
uv run python isaacsim_joint_test_sender.py
测试发送端在几个预设关节姿态之间缓慢插值循环发送，无需 CAN 连接。
② 逆运动学模式（isaacsim_ik_sender）
输入末端位姿（位置/姿态），IK 求解后驱动 Isaac Sim 仿真机械臂。在 reBotArm_Isaacsim/ 目录下直接 uv run：
cd reBotArm_Isaacsim
uv run python isaacsim_ik_sender.py
输入格式（每行一条）：
x y z # 位置 (米)，姿态保持当前
x y z r p y # 位置 + 姿态 (米/度)
q j1 j2 j3 j4 j5 j6 # 直接发送关节角 (度)
gripper <0~1> # 单独更新夹爪
③ 轨迹规划模式（isaacsim_traj_sender）
在 IK 基础上增加关节空间轨迹规划（MIN_JERK），实现平滑运动。在 reBotArm_Isaacsim/ 目录下直接 uv run：
cd reBotArm_Isaacsim
uv run python isaacsim_traj_sender.py
输入格式（每行一条）：
x y z # 位置 (米)
x y z r p y # 位置 + 姿态 (米/度)
q j1 j2 j3 j4 j5 j6 # 关节空间直发 (度)
gripper <0~1> # 单独更新夹爪
speed <scale> # 调整轨迹时长比例
resync # 重新从仿真端读取当前关节角
④ 重力补偿手柄模式（gravity_joint_sender）
适用于改装后的机械臂（拆卸夹爪、加装手柄），手动掰动控制 Isaac Sim 仿真：
cd reBotArm_Isaacsim
./run_sender.sh
预期行为：
- 连接真实机械臂，启用 MIT + 重力前馈补偿
- 机械臂可自由掰动
- 关节角以 60 Hz 持续通过 UDP 发送
⑤ Real-to-Sim 映射模式（joint_reader_sender）
只读关节角并映射到 Isaac Sim，适合实际机械臂在运行其他任务时同步映射可视化。在 reBotArm_Isaacsim/ 目录下直接 uv run：
cd reBotArm_Isaacsim
uv run python joint_reader_sender.py
预期行为：
- 仅读取关节角（被动反馈模式），不发送任何控制指令
- 关节角以 60 Hz 持续通过 UDP 发送
- 实际机械臂由其他项目控制时，可同时在 Isaac Sim 中可视化
通信协议
UDP JSON，端口 DEFAULT_SIM_HOST:5005。
发送端每帧 Payload：
{
"sequence": 123,
"timestamp": 1718000000.123,
"joint_positions": [0.0, 0.1, 0.2, -0.1, 0.0, -0.02],
"gripper_position": 0.01
}
| 字段 | 类型 | 说明 |
|---|---|---|
sequence | int | 递增序号 |
timestamp | float | Unix 时间戳（秒） |
joint_positions | float[6] | 前 6 个关节角（rad） |
gripper_position | float | 夹爪位置（m），由发送端通过 GRIPPER_POSITION_SCALE 转换 |
配置参数
发送端 (gravity_joint_sender.py)
| 参数 | 默认值 | 说明 |
|---|---|---|
ARM_JOINT_COUNT | 6 | 关节数 |
DEFAULT_PORT | 5005 | UDP 端口 |
DEFAULT_SEND_HZ | 60.0 | 发送频率（Hz） |
GRIPPER_POSITION_SCALE | 0.007 | 夹爪角到位置的缩放系数 |
接收端 (isaacsim_joint_receiver.py)
| 参数 | 默认值 | 说明 |
|---|---|---|
ARM_JOINT_COUNT | 6 | 关节数 |
DEFAULT_PORT | 5005 | UDP 端口 |
DEFAULT_RENDER_HZ | 120.0 | 仿真渲染频率（Hz） |
GRIPPER_POSITION_SCALE | 0.0073 | 夹爪位置缩放系数 |
ROBOT_PRIM_PATH | /World/reBotArm | Isaac Sim 中的机械臂 Prim 路径 |
ASSET_RELATIVE_PATH | usd/reBot_B601_DM/reBot_B601_DM.usda | USD 资产相对路径 |
常见问题
OSError: [Errno 98] Address already in use
端口 5005 已被占用。先确认并终止占用进程：
# 查看占用端口的进程
sudo lsof -i :5005
# 终止进程（将 PID 替换为实际值）
kill <PID>
关节角不同步
- 确认发送端和接收端端口一致（均为 5005）
- 检查发送端日志中
[send]是否有持续输出 - 检查接收端日志中
[recv]是否有持续输出 - 尝试使用
isaacsim_joint_test_sender.py排除硬件问题
组件与 Python 环境
| 组件 | Python 环境 | 启动脚本 |
|---|---|---|
| 发送端（真实机械臂） | reBotArm_control_py uv 环境 | gravity_joint_sender.py |
| 发送端（测试模式） | reBotArm_control_py uv 环境 | isaacsim_joint_test_sender.py |
| 接收端 | Isaac Sim 官方 Python (python.sh) | isaacsim_joint_receiver.py |
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