热门标签
热门文章
- 1ADB获取手机分辨率的多种方法，解决部分手机获取不到的问题_adb 分辨率
- 2Java大数据处理实践：使用Hadoop和Spark进行分析_java hadoop 大数据分析
- 3一文搞定 KMP 算法_字符串模板匹配
- 4使用 ADB 查看 Android 设备的 CPU 使用率（详解）_adb查看cpu占用率
- 5android studio项目gradle配置改为国内镜像_android studio gradle 国内镜像
- 6GitHub 6大热门实时人脸识别开源项目！哪个最适合初级开发者？_github上有哪些好的深度学习人脸表情识别图像分类项目
- 7解锁优麒麟的隐藏快捷键玩法，效率UPUP
- 8网络药理学：分子对接之一：macos上MOE和Autodock和PyMol和gromacs的下载、PDB数据库使用、PyMol处理小分子、gromacs能量最小化
- 9Nodejs安装及配置方法_nodejs安装配置
- 10基于STM32HAL库的ADC使用_stm32 hal adc
当前位置: article > 正文
【ROS学习笔记17】ROS常用仿真组件URDF集成Gazebo_urdf导入gazebo
作者：IT小白 | 2024-08-14 08:51:26
赞
踩
urdf导入gazebo
【ROS学习笔记17】ROS常用仿真组件URDF集成Gazebo
写在前面，本系列笔记参考的是AutoLabor的教程，具体项目地址在 这里
前言
1. URDF集成Gazebo
1.1 URDF与Gazebo基本集成流程
URDF 与 Gazebo 集成流程与 Rviz 实现类似，主要步骤如下:
- 创建功能包，导入依赖项
- 编写 URDF 或 Xacro 文件
- 启动 Gazebo 并显示机器人模型
1.创建功能包
创建新功能包，导入依赖包:
urdf、xacro、gazebo_ros、gazebo_ros_control、gazebo_plugins
- 1
2.编写URDF文件
<!-- 创建一个机器人模型(盒状即可)，显示在 Gazebo 中 --> <robot name="mycar"> <link name="base_link"> <visual> <geometry> <box size="0.5 0.2 0.1" /> </geometry> <origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="0.0 0.0 0.0" /> <material name="yellow"> <color rgba="0.5 0.3 0.0 1" /> </material> </visual> <collision> <geometry> <box size="0.5 0.2 0.1" /> </geometry> <origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="0.0 0.0 0.0" /> </collision> <inertial> <origin xyz="0 0 0" /> <mass value="6" /> <inertia ixx="1" ixy="0" ixz="0" iyy="1" iyz="0" izz="1" /> </inertial> </link> <gazebo reference="base_link"> <material>Gazebo/Black</material> </gazebo> </robot>
- 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
注意， 当 URDF 需要与 Gazebo 集成时，和 Rviz 有明显区别:
1.必须使用 collision 标签，因为既然是仿真环境，那么必然涉及到碰撞检测，collision 提供碰撞检测的依据。
2.必须使用 inertial 标签，此标签标注了当前机器人某个刚体部分的惯性矩阵，用于一些力学相关的仿真计算。
3.颜色设置，也需要重新使用 gazebo 标签标注，因为之前的颜色设置为了方便调试包含透明度，仿真环境下没有此选项。
3.启动Gazebo并显示模型
launch 文件实现:
<launch>
<!-- 将 Urdf 文件的内容加载到参数服务器 -->
<param name="robot_description" textfile="$(find demo02_urdf_gazebo)/urdf/urdf01_helloworld.urdf" />
<!-- 启动 gazebo -->
<include file="$(find gazebo_ros)/launch/empty_world.launch" />
<!-- 在 gazebo 中显示机器人模型 -->
<node pkg="gazebo_ros" type="spawn_model" name="model" args="-urdf -model mycar -param robot_description" />
</launch>
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
代码解释:
<include file="$(find gazebo_ros)/launch/empty_world.launch" />
<!-- 启动 Gazebo 的仿真环境，当前环境为空环境 -->
<node pkg="gazebo_ros" type="spawn_model" name="model" args="-urdf -model mycar -param robot_description" />
<!--
在 Gazebo 中加载一个机器人模型，该功能由 gazebo_ros 下的 spawn_model 提供:
-urdf 加载的是 urdf 文件
-model mycar 模型名称是 mycar
-param robot_description 从参数 robot_description 中载入模型
-x 模型载入的 x 坐标
-y 模型载入的 y 坐标
-z 模型载入的 z 坐标
-->
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
- 13
示例结果：
1.2 URDF集成Gazebo相关设置
较之于 rviz，gazebo在集成 URDF 时，需要做些许修改，比如:必须添加 collision 碰撞属性相关参数、必须添加 inertial 惯性矩阵相关参数，另外，如果直接移植 Rviz 中机器人的颜色设置是没有显示的，颜色设置也必须做相应的变更。
1.collision
如果机器人link是标准的几何体形状，和link的 visual 属性设置一致即可。
2.inertial
惯性矩阵的设置需要结合link的质量与外形参数动态生成，标准的球体、圆柱与立方体的惯性矩阵公式如下(已经封装为 xacro 实现):
球体惯性矩阵
<!-- Macro for inertia matrix -->
<xacro:macro name="sphere_inertial_matrix" params="m r">
<inertial>
<mass value="${m}" />
<inertia ixx="${2*m*r*r/5}" ixy="0" ixz="0"
iyy="${2*m*r*r/5}" iyz="0"
izz="${2*m*r*r/5}" />
</inertial>
</xacro:macro>
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
圆柱惯性矩阵
<xacro:macro name="cylinder_inertial_matrix" params="m r h">
<inertial>
<mass value="${m}" />
<inertia ixx="${m*(3*r*r+h*h)/12}" ixy = "0" ixz = "0"
iyy="${m*(3*r*r+h*h)/12}" iyz = "0"
izz="${m*r*r/2}" />
</inertial>
</xacro:macro>
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
立方体惯性矩阵
<xacro:macro name="Box_inertial_matrix" params="m l w h">
<inertial>
<mass value="${m}" />
<inertia ixx="${m*(h*h + l*l)/12}" ixy = "0" ixz = "0"
iyy="${m*(w*w + l*l)/12}" iyz= "0"
izz="${m*(w*w + h*h)/12}" />
</inertial>
</xacro:macro>
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
需要注意的是，原则上，除了 base_footprint 外，机器人的每个刚体部分都需要设置惯性矩阵，且惯性矩阵必须经计算得出，如果随意定义刚体部分的惯性矩阵，那么可能会导致机器人在 Gazebo 中出现抖动，移动等现象。
3.颜色设置
在 gazebo 中显示 link 的颜色，必须要使用指定的标签:
<gazebo reference="link节点名称">
<material>Gazebo/Blue</material>
</gazebo>
- 1
- 2
- 3
**PS：**material 标签中，设置的值区分大小写，颜色可以设置为 Red Blue Green Black …
示例结果：
1.3 URDF集成Gazebo实操
需求描述:
将之前的机器人模型(xacro版)显示在 gazebo 中
结果演示:
实现流程:
- 需要编写封装惯性矩阵算法的 xacro 文件
- 为机器人模型中的每一个 link 添加 collision 和 inertial 标签，并且重置颜色属性
- 在 launch 文件中启动 gazebo 并添加机器人模型
1.编写封装惯性矩阵算法的 xacro 文件
<robot name="base" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro"> <!-- Macro for inertia matrix --> <xacro:macro name="sphere_inertial_matrix" params="m r"> <inertial> <mass value="${m}" /> <inertia ixx="${2*m*r*r/5}" ixy="0" ixz="0" iyy="${2*m*r*r/5}" iyz="0" izz="${2*m*r*r/5}" /> </inertial> </xacro:macro> <xacro:macro name="cylinder_inertial_matrix" params="m r h"> <inertial> <mass value="${m}" /> <inertia ixx="${m*(3*r*r+h*h)/12}" ixy = "0" ixz = "0" iyy="${m*(3*r*r+h*h)/12}" iyz = "0" izz="${m*r*r/2}" /> </inertial> </xacro:macro> <xacro:macro name="Box_inertial_matrix" params="m l w h"> <inertial> <mass value="${m}" /> <inertia ixx="${m*(h*h + l*l)/12}" ixy = "0" ixz = "0" iyy="${m*(w*w + l*l)/12}" iyz= "0" izz="${m*(w*w + h*h)/12}" /> </inertial> </xacro:macro> </robot>
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
- 13
- 14
- 15
- 16
- 17
- 18
- 19
- 20
- 21
- 22
- 23
- 24
- 25
- 26
- 27
- 28
- 29
2.复制相关 xacro 文件，并设置 collision inertial 以及 color 等参数
A.底盘 Xacro 文件
<!-- 使用 xacro 优化 URDF 版的小车底盘实现： 实现思路: 1.将一些常量、变量封装为 xacro:property 比如:PI 值、小车底盘半径、离地间距、车轮半径、宽度 .... 2.使用 宏 封装驱动轮以及支撑轮实现，调用相关宏生成驱动轮与支撑轮 --> <!-- 根标签，必须声明 xmlns:xacro --> <robot name="my_base" xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro"> <!-- 封装变量、常量 --> <!-- PI 值设置精度需要高一些，否则后续车轮翻转量计算时，可能会出现肉眼不能察觉的车轮倾斜，从而导致模型抖动 --> <xacro:property name="PI" value="3.1415926"/> <!-- 宏:黑色设置 --> <material name="black"> <color rgba="0.0 0.0 0.0 1.0" /> </material> <!-- 底盘属性 --> <xacro:property name="base_footprint_radius" value="0.001" /> <!-- base_footprint 半径 --> <xacro:property name="base_link_radius" value="0.1" /> <!-- base_link 半径 --> <xacro:property name="base_link_length" value="0.08" /> <!-- base_link 长 --> <xacro:property name="earth_space" value="0.015" /> <!-- 离地间距 --> <xacro:property name="base_link_m" value="0.5" /> <!-- 质量 --> <!-- 底盘 --> <link name="base_footprint"> <visual> <geometry> <sphere radius="${base_footprint_radius}" /> </geometry> </visual> </link> <link name="base_link"> <visual> <geometry> <cylinder radius="${base_link_radius}" length="${base_link_length}" /> </geometry> <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" /> <material name="yellow"> <color rgba="0.5 0.3 0.0 0.5" /> </material> </visual> <collision> <geometry> <cylinder radius="${base_link_radius}" length="${base_link_length}" /> </geometry> <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" /> </collision> <xacro:cylinder_inertial_matrix m="${base_link_m}" r="${base_link_radius}" h="${base_link_length}" /> </link> <joint name="base_link2base_footprint" type="fixed"> <parent link="base_footprint" /> <child link="base_link" /> <origin xyz="0 0 ${earth_space + base_link_length / 2 }" /> </joint> <gazebo reference="base_link"> <material>Gazebo/Yellow</material> </gazebo> <!-- 驱动轮 --> <!-- 驱动轮属性 --> <xacro:property name="wheel_radius" value="0.0325" /><!-- 半径 --> <xacro:property name="wheel_length" value="0.015" /><!-- 宽度 --> <xacro:property name="wheel_m" value="0.05" /> <!-- 质量 --> <!-- 驱动轮宏实现 --> <xacro:macro name="add_wheels" params="name flag"> <link name="${name}_wheel"> <visual> <geometry> <cylinder radius="${wheel_radius}" length="${wheel_length}" /> </geometry> <origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="${PI / 2} 0.0 0.0" /> <material name="black" /> </visual> <collision> <geometry> <cylinder radius="${wheel_radius}" length="${wheel_length}" /> </geometry> <origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="${PI / 2} 0.0 0.0" /> </collision> <xacro:cylinder_inertial_matrix m="${wheel_m}" r="${wheel_radius}" h="${wheel_length}" /> </link> <joint name="${name}_wheel2base_link" type="continuous"> <parent link="base_link" /> <child link="${name}_wheel" /> <origin xyz="0 ${flag * base_link_radius} ${-(earth_space + base_link_length / 2 - wheel_radius) }" /> <axis xyz="0 1 0" /> </joint> <gazebo reference="${name}_wheel"> <material>Gazebo/Red</material> </gazebo> </xacro:macro> <xacro:add_wheels name="left" flag="1" /> <xacro:add_wheels name="right" flag="-1" /> <!-- 支撑轮 --> <!-- 支撑轮属性 --> <xacro:property name="support_wheel_radius" value="0.0075" /> <!-- 支撑轮半径 --> <xacro:property name="support_wheel_m" value="0.03" /> <!-- 质量 --> <!-- 支撑轮宏 --> <xacro:macro name="add_support_wheel" params="name flag" > <link name="${name}_wheel"> <visual> <geometry> <sphere radius="${support_wheel_radius}" /> </geometry> <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" /> <material name="black" /> </visual> <collision> <geometry> <sphere radius="${support_wheel_radius}" /> </geometry> <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" /> </collision> <xacro:sphere_inertial_matrix m="${support_wheel_m}" r="${support_wheel_radius}" /> </link> <joint name="${name}_wheel2base_link" type="continuous"> <parent link="base_link" /> <child link="${name}_wheel" /> <origin xyz="${flag * (base_link_radius - support_wheel_radius)} 0 ${-(base_link_length / 2 + earth_space / 2)}" /> <axis xyz="1 1 1" /> </joint> <gazebo reference="${name}_wheel"> <material>Gazebo/Red</material> </gazebo> </xacro:macro> <xacro:add_support_wheel name="front" flag="1" /> <xacro:add_support_wheel name="back" flag="-1" /> </robot>
- 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
- 46
- 47
- 48
- 49
- 50
- 51
- 52
- 53
- 54
- 55
- 56
- 57
- 58
- 59
- 60
- 61
- 62
- 63
- 64
- 65
- 66
- 67
- 68
- 69
- 70
- 71
- 72
- 73
- 74
- 75
- 76
- 77
- 78
- 79
- 80
- 81
- 82
- 83
- 84
- 85
- 86
- 87
- 88
- 89
- 90
- 91
- 92
- 93
- 94
- 95
- 96
- 97
- 98
- 99
- 100
- 101
- 102
- 103
- 104
- 105
- 106
- 107
- 108
- 109
- 110
- 111
- 112
- 113
- 114
- 115
- 116
- 117
- 118
- 119
- 120
- 121
- 122
- 123
- 124
- 125
- 126
- 127
- 128
- 129
- 130
- 131
- 132
- 133
- 134
- 135
- 136
- 137
- 138
- 139
- 140
- 141
- 142
- 143
- 144
注意: 如果机器人模型在 Gazebo 中产生了抖动，滑动，缓慢位移 … 诸如此类情况，请查看
- 惯性矩阵是否设置了，且设置是否正确合理
- 车轮翻转需要依赖于 PI 值，如果 PI 值精度偏低，也可能导致上述情况产生
B.摄像头 Xacro 文件
<!-- 摄像头相关的 xacro 文件 --> <robot name="my_camera" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro"> <!-- 摄像头属性 --> <xacro:property name="camera_length" value="0.01" /> <!-- 摄像头长度(x) --> <xacro:property name="camera_width" value="0.025" /> <!-- 摄像头宽度(y) --> <xacro:property name="camera_height" value="0.025" /> <!-- 摄像头高度(z) --> <xacro:property name="camera_x" value="0.08" /> <!-- 摄像头安装的x坐标 --> <xacro:property name="camera_y" value="0.0" /> <!-- 摄像头安装的y坐标 --> <xacro:property name="camera_z" value="${base_link_length / 2 + camera_height / 2}" /> <!-- 摄像头安装的z坐标:底盘高度 / 2 + 摄像头高度 / 2 --> <xacro:property name="camera_m" value="0.01" /> <!-- 摄像头质量 --> <!-- 摄像头关节以及link --> <link name="camera"> <visual> <geometry> <box size="${camera_length} ${camera_width} ${camera_height}" /> </geometry> <origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="0.0 0.0 0.0" /> <material name="black" /> </visual> <collision> <geometry> <box size="${camera_length} ${camera_width} ${camera_height}" /> </geometry> <origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="0.0 0.0 0.0" /> </collision> <xacro:Box_inertial_matrix m="${camera_m}" l="${camera_length}" w="${camera_width}" h="${camera_height}" /> </link> <joint name="camera2base_link" type="fixed"> <parent link="base_link" /> <child link="camera" /> <origin xyz="${camera_x} ${camera_y} ${camera_z}" /> </joint> <gazebo reference="camera"> <material>Gazebo/Blue</material> </gazebo> </robot>
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
- 13
- 14
- 15
- 16
- 17
- 18
- 19
- 20
- 21
- 22
- 23
- 24
- 25
- 26
- 27
- 28
- 29
- 30
- 31
- 32
- 33
- 34
- 35
- 36
- 37
- 38
- 39
C.雷达 Xacro 文件
<!-- 小车底盘添加雷达 --> <robot name="my_laser" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro"> <!-- 雷达支架 --> <xacro:property name="support_length" value="0.15" /> <!-- 支架长度 --> <xacro:property name="support_radius" value="0.01" /> <!-- 支架半径 --> <xacro:property name="support_x" value="0.0" /> <!-- 支架安装的x坐标 --> <xacro:property name="support_y" value="0.0" /> <!-- 支架安装的y坐标 --> <xacro:property name="support_z" value="${base_link_length / 2 + support_length / 2}" /> <!-- 支架安装的z坐标:底盘高度 / 2 + 支架高度 / 2 --> <xacro:property name="support_m" value="0.02" /> <!-- 支架质量 --> <link name="support"> <visual> <geometry> <cylinder radius="${support_radius}" length="${support_length}" /> </geometry> <origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="0.0 0.0 0.0" /> <material name="red"> <color rgba="0.8 0.2 0.0 0.8" /> </material> </visual> <collision> <geometry> <cylinder radius="${support_radius}" length="${support_length}" /> </geometry> <origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="0.0 0.0 0.0" /> </collision> <xacro:cylinder_inertial_matrix m="${support_m}" r="${support_radius}" h="${support_length}" /> </link> <joint name="support2base_link" type="fixed"> <parent link="base_link" /> <child link="support" /> <origin xyz="${support_x} ${support_y} ${support_z}" /> </joint> <gazebo reference="support"> <material>Gazebo/White</material> </gazebo> <!-- 雷达属性 --> <xacro:property name="laser_length" value="0.05" /> <!-- 雷达长度 --> <xacro:property name="laser_radius" value="0.03" /> <!-- 雷达半径 --> <xacro:property name="laser_x" value="0.0" /> <!-- 雷达安装的x坐标 --> <xacro:property name="laser_y" value="0.0" /> <!-- 雷达安装的y坐标 --> <xacro:property name="laser_z" value="${support_length / 2 + laser_length / 2}" /> <!-- 雷达安装的z坐标:支架高度 / 2 + 雷达高度 / 2 --> <xacro:property name="laser_m" value="0.1" /> <!-- 雷达质量 --> <!-- 雷达关节以及link --> <link name="laser"> <visual> <geometry> <cylinder radius="${laser_radius}" length="${laser_length}" /> </geometry> <origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="0.0 0.0 0.0" /> <material name="black" /> </visual> <collision> <geometry> <cylinder radius="${laser_radius}" length="${laser_length}" /> </geometry> <origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="0.0 0.0 0.0" /> </collision> <xacro:cylinder_inertial_matrix m="${laser_m}" r="${laser_radius}" h="${laser_length}" /> </link> <joint name="laser2support" type="fixed"> <parent link="support" /> <child link="laser" /> <origin xyz="${laser_x} ${laser_y} ${laser_z}" /> </joint> <gazebo reference="laser"> <material>Gazebo/Black</material> </gazebo> </robot>
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
- 13
- 14
- 15
- 16
- 17
- 18
- 19
- 20
- 21
- 22
- 23
- 24
- 25
- 26
- 27
- 28
- 29
- 30
- 31
- 32
- 33
- 34
- 35
- 36
- 37
- 38
- 39
- 40
- 41
- 42
- 43
- 44
- 45
- 46
- 47
- 48
- 49
- 50
- 51
- 52
- 53
- 54
- 55
- 56
- 57
- 58
- 59
- 60
- 61
- 62
- 63
- 64
- 65
- 66
- 67
- 68
- 69
- 70
- 71
- 72
- 73
- 74
- 75
- 76
- 77
- 78
- 79
- 80
- 81
- 82
D.组合底盘、摄像头与雷达的 Xacro 文件
<!-- 组合小车底盘与摄像头 -->
<robot name="my_car_camera" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro">
<xacro:include filename="my_head.urdf.xacro" />
<xacro:include filename="my_base.urdf.xacro" />
<xacro:include filename="my_camera.urdf.xacro" />
<xacro:include filename="my_laser.urdf.xacro" />
</robot>
Copy
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
3.在 gazebo 中执行
launch 文件:
<launch>
<!-- 将 Urdf 文件的内容加载到参数服务器 -->
<param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro $(find demo02_urdf_gazebo)/urdf/xacro/my_base_camera_laser.urdf.xacro" />
<!-- 启动 gazebo -->
<include file="$(find gazebo_ros)/launch/empty_world.launch" />
<!-- 在 gazebo 中显示机器人模型 -->
<node pkg="gazebo_ros" type="spawn_model" name="model" args="-urdf -model mycar -param robot_description" />
</launch>
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
1.4 Gazebo仿真环境搭建
到目前为止，我们已经可以将机器人模型显示在 Gazebo 之中了，但是当前默认情况下，在 Gazebo 中机器人模型是在 empty world 中，并没有类似于房间、家具、道路、树木… 之类的仿真物，如何在 Gazebo 中创建仿真环境呢？
Gazebo 中创建仿真实现方式有两种:
- 方式1: 直接添加内置组件创建仿真环境
- 方式2: 手动绘制仿真环境(更为灵活)
也还可以直接下载使用官方或第三方提高的仿真环境插件。
1.添加内置组件创建仿真环境
1.1启动 Gazebo 并添加组件
1.2保存仿真环境
添加完毕后，选择 file —> Save World as 选择保存路径(功能包下: worlds 目录)，文件名自定义，后缀名设置为 .world
1.3 启动
<launch>
<!-- 将 Urdf 文件的内容加载到参数服务器 -->
<param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro $(find demo02_urdf_gazebo)/urdf/xacro/my_base_camera_laser.urdf.xacro" />
<!-- 启动 gazebo -->
<include file="$(find gazebo_ros)/launch/empty_world.launch">
<arg name="world_name" value="$(find demo02_urdf_gazebo)/worlds/hello.world" />
</include>
<!-- 在 gazebo 中显示机器人模型 -->
<node pkg="gazebo_ros" type="spawn_model" name="model" args="-urdf -model mycar -param robot_description" />
</launch>
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
核心代码: 启动 empty_world 后，再根据arg加载自定义的仿真环境
<include file="$(find gazebo_ros)/launch/empty_world.launch">
<arg name="world_name" value="$(find demo02_urdf_gazebo)/worlds/hello.world" />
</include>
- 1
- 2
- 3
示例结果：
2.自定义仿真环境
2.1 启动 gazebo 打开构建面板，绘制仿真环境
2.2 保存构建的环境
点击: 左上角 file —> Save (保存路径功能包下的: models)
然后 file —> Exit Building Editor
2.3 保存为 world 文件
可以像方式1一样再添加一些插件，然后保存为 world 文件(保存路径功能包下的: worlds)
2.4 启动
同方式1
3.使用官方提供的插件
当前 Gazebo 提供的仿真道具有限，还可以下载官方支持，可以提供更为丰富的仿真实现，具体实现如下:
3.1 下载官方模型库
git clone https://github.com/osrf/gazebo_models
- 1
之前是:hg clone https://bitbucket.org/osrf/gazebo_models但是已经不可用
注意: 此过程可能比较耗时
3.2 将模型库复制进 gazebo
将得到的gazebo_models文件夹内容复制到 /usr/share/gazebo-*/models
3.3 应用
重启 Gazebo，选择左侧菜单栏的 insert 可以选择并插入相关道具了
2. URDF、Gazebo、Rviz综合应用
关于URDF(Xacro)、Rviz 和 Gazebo 三者的关系，前面已有阐述: URDF 用于创建机器人模型、Rviz 可以显示机器人感知到的环境信息，Gazebo 用于仿真，可以模拟外界环境，以及机器人的一些传感器，如何在 Gazebo 中运行这些传感器，并显示这些传感器的数据(机器人的视角)呢？本节主要介绍的重点就是将三者结合:通过 Gazebo 模拟机器人的传感器，然后在 Rviz 中显示这些传感器感知到的数据。主要内容包括:
- 运动控制以及里程计信息显示
- 雷达信息仿真以及显示
- 摄像头信息仿真以及显示
- kinect 信息仿真以及显示
2.1 机器人运动控制及里程计信息显示
gazebo 中已经可以正常显示机器人模型了，那么如何像在 rviz 中一样控制机器人运动呢？在此，需要涉及到ros中的组件: ros_control。
1.ros_control 简介
**场景:**同一套 ROS 程序，如何部署在不同的机器人系统上，比如：开发阶段为了提高效率是在仿真平台上测试的，部署时又有不同的实体机器人平台，不同平台的实现是有差异的，如何保证 ROS 程序的可移植性？ROS 内置的解决方式是 ros_control。
**ros_control:**是一组软件包，它包含了控制器接口，控制器管理器，传输和硬件接口。ros_control 是一套机器人控制的中间件，是一套规范，不同的机器人平台只要按照这套规范实现，那么就可以保证 与ROS 程序兼容，通过这套规范，实现了一种可插拔的架构设计，大大提高了程序设计的效率与灵活性。
gazebo 已经实现了 ros_control 的相关接口，如果需要在 gazebo 中控制机器人运动，直接调用相关接口即可
2.运动控制实现流程(Gazebo)
承上，运动控制基本流程:
- 已经创建完毕的机器人模型，编写一个单独的 xacro 文件，为机器人模型添加传动装置以及控制器
- 将此文件集成进xacro文件
- 启动 Gazebo 并发布 /cmd_vel 消息控制机器人运动
2.1 为 joint 添加传动装置以及控制器
两轮差速配置
<robot name="my_car_move" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro"> <!-- 传动实现:用于连接控制器与关节 --> <xacro:macro name="joint_trans" params="joint_name"> <!-- Transmission is important to link the joints and the controller --> <transmission name="${joint_name}_trans"> <type>transmission_interface/SimpleTransmission</type> <joint name="${joint_name}"> <hardwareInterface>hardware_interface/VelocityJointInterface</hardwareInterface> </joint> <actuator name="${joint_name}_motor"> <hardwareInterface>hardware_interface/VelocityJointInterface</hardwareInterface> <mechanicalReduction>1</mechanicalReduction> </actuator> </transmission> </xacro:macro> <!-- 每一个驱动轮都需要配置传动装置 --> <xacro:joint_trans joint_name="left_wheel2base_link" /> <xacro:joint_trans joint_name="right_wheel2base_link" /> <!-- 控制器 --> <gazebo> <plugin name="differential_drive_controller" filename="libgazebo_ros_diff_drive.so"> <rosDebugLevel>Debug</rosDebugLevel> <publishWheelTF>true</publishWheelTF> <robotNamespace>/</robotNamespace> <publishTf>1</publishTf> <publishWheelJointState>true</publishWheelJointState> <alwaysOn>true</alwaysOn> <updateRate>100.0</updateRate> <legacyMode>true</legacyMode> <leftJoint>left_wheel2base_link</leftJoint> <!-- 左轮 --> <rightJoint>right_wheel2base_link</rightJoint> <!-- 右轮 --> <wheelSeparation>${base_link_radius * 2}</wheelSeparation> <!-- 车轮间距 --> <wheelDiameter>${wheel_radius * 2}</wheelDiameter> <!-- 车轮直径 --> <broadcastTF>1</broadcastTF> <wheelTorque>30</wheelTorque> <wheelAcceleration>1.8</wheelAcceleration> <commandTopic>cmd_vel</commandTopic> <!-- 运动控制话题 --> <odometryFrame>odom</odometryFrame> <odometryTopic>odom</odometryTopic> <!-- 里程计话题 --> <robotBaseFrame>base_footprint</robotBaseFrame> <!-- 根坐标系 --> </plugin> </gazebo> </robot>
- 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
- 46
- 47
2.2 xacro文件集成
最后还需要将上述 xacro 文件集成进总的机器人模型文件，代码示例如下:
<!-- 组合小车底盘与摄像头 -->
<robot name="my_car_camera" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro">
<xacro:include filename="my_head.urdf.xacro" />
<xacro:include filename="my_base.urdf.xacro" />
<xacro:include filename="my_camera.urdf.xacro" />
<xacro:include filename="my_laser.urdf.xacro" />
<xacro:include filename="move.urdf.xacro" />
</robot>
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
当前核心: 包含 控制器以及传动配置的 xacro 文件
<xacro:include filename="move.urdf.xacro" />
- 1
2.3 启动 gazebo并控制机器人运动
launch文件:
<launch>
<!-- 将 Urdf 文件的内容加载到参数服务器 -->
<param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro $(find demo02_urdf_gazebo)/urdf/xacro/my_base_camera_laser.urdf.xacro" />
<!-- 启动 gazebo -->
<include file="$(find gazebo_ros)/launch/empty_world.launch">
<arg name="world_name" value="$(find demo02_urdf_gazebo)/worlds/hello.world" />
</include>
<!-- 在 gazebo 中显示机器人模型 -->
<node pkg="gazebo_ros" type="spawn_model" name="model" args="-urdf -model mycar -param robot_description" />
</launch>
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
启动 launch 文件，使用 topic list 查看话题列表，会发现多了 /cmd_vel 然后发布 vmd_vel 消息控制即可
使用命令控制(或者可以编写单独的节点控制)
rostopic pub -r 10 /cmd_vel geometry_msgs/Twist '{linear: {x: 0.2, y: 0, z: 0}, angular: {x: 0, y: 0, z: 0.5}}'
- 1
接下来我们会发现: 小车在 Gazebo 中已经正常运行起来了
3.Rviz查看里程计信息
在 Gazebo 的仿真环境中，机器人的里程计信息以及运动朝向等信息是无法获取的，可以通过 Rviz 显示机器人的里程计信息以及运动朝向
里程计: 机器人相对出发点坐标系的位姿状态(X 坐标 Y 坐标 Z坐标以及朝向)。
3.1启动 Rviz
launch 文件
<launch>
<!-- 启动 rviz -->
<node pkg="rviz" type="rviz" name="rviz" />
<!-- 关节以及机器人状态发布节点 -->
<node name="joint_state_publisher" pkg="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher" />
<node name="robot_state_publisher" pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" />
</launch>
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
3.2 添加组件
执行 launch 文件后，在 Rviz 中添加图示组件:
示例结果：
2.2 雷达信息仿真及显示
通过 Gazebo 模拟激光雷达传感器，并在 Rviz 中显示激光数据。
实现流程:
雷达仿真基本流程:
- 已经创建完毕的机器人模型，编写一个单独的 xacro 文件，为机器人模型添加雷达配置；
- 将此文件集成进xacro文件；
- 启动 Gazebo，使用 Rviz 显示雷达信息。
1.Gazebo 仿真雷达
1.1 新建 Xacro 文件，配置雷达传感器信息
<robot name="my_sensors" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro"> <!-- 雷达 --> <gazebo reference="laser"> <sensor type="ray" name="rplidar"> <pose>0 0 0 0 0 0</pose> <visualize>true</visualize> <update_rate>5.5</update_rate> <ray> <scan> <horizontal> <samples>360</samples> <resolution>1</resolution> <min_angle>-3</min_angle> <max_angle>3</max_angle> </horizontal> </scan> <range> <min>0.10</min> <max>30.0</max> <resolution>0.01</resolution> </range> <noise> <type>gaussian</type> <mean>0.0</mean> <stddev>0.01</stddev> </noise> </ray> <plugin name="gazebo_rplidar" filename="libgazebo_ros_laser.so"> <topicName>/scan</topicName> <frameName>laser</frameName> </plugin> </sensor> </gazebo> </robot>
- 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
1.2 xacro 文件集成
将步骤1的 Xacro 文件集成进总的机器人模型文件，代码示例如下:
<!-- 组合小车底盘与传感器 -->
<robot name="my_car_camera" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro">
<xacro:include filename="my_head.urdf.xacro" />
<xacro:include filename="my_base.urdf.xacro" />
<xacro:include filename="my_camera.urdf.xacro" />
<xacro:include filename="my_laser.urdf.xacro" />
<xacro:include filename="move.urdf.xacro" />
<!-- 雷达仿真的 xacro 文件 -->
<xacro:include filename="my_sensors_laser.urdf.xacro" />
</robot>
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
1.3启动仿真环境
编写launch文件，启动gazebo，此处略…
2.Rviz 显示雷达数据
先启动 rviz,添加雷达信息显示插件
示例结果：
2.3 摄像头信息仿真及显示
通过 Gazebo 模拟摄像头传感器，并在 Rviz 中显示摄像头数据。
实现流程:
摄像头仿真基本流程:
- 已经创建完毕的机器人模型，编写一个单独的 xacro 文件，为机器人模型添加摄像头配置；
- 将此文件集成进xacro文件；
- 启动 Gazebo，使用 Rviz 显示摄像头信息。
1.Gazebo 仿真摄像头
1.1 新建 Xacro 文件，配置摄像头传感器信息
<robot name="my_sensors" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro"> <!-- 被引用的link --> <gazebo reference="camera"> <!-- 类型设置为 camara --> <sensor type="camera" name="camera_node"> <update_rate>30.0</update_rate> <!-- 更新频率 --> <!-- 摄像头基本信息设置 --> <camera name="head"> <horizontal_fov>1.3962634</horizontal_fov> <image> <width>1280</width> <height>720</height> <format>R8G8B8</format> </image> <clip> <near>0.02</near> <far>300</far> </clip> <noise> <type>gaussian</type> <mean>0.0</mean> <stddev>0.007</stddev> </noise> </camera> <!-- 核心插件 --> <plugin name="gazebo_camera" filename="libgazebo_ros_camera.so"> <alwaysOn>true</alwaysOn> <updateRate>0.0</updateRate> <cameraName>/camera</cameraName> <imageTopicName>image_raw</imageTopicName> <cameraInfoTopicName>camera_info</cameraInfoTopicName> <frameName>camera</frameName> <hackBaseline>0.07</hackBaseline> <distortionK1>0.0</distortionK1> <distortionK2>0.0</distortionK2> <distortionK3>0.0</distortionK3> <distortionT1>0.0</distortionT1> <distortionT2>0.0</distortionT2> </plugin> </sensor> </gazebo> </robot>
- 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
1.2 xacro 文件集成
将步骤1的 Xacro 文件集成进总的机器人模型文件，代码示例如下:
<!-- 组合小车底盘与传感器 -->
<robot name="my_car_camera" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro">
<xacro:include filename="my_head.urdf.xacro" />
<xacro:include filename="my_base.urdf.xacro" />
<xacro:include filename="my_camera.urdf.xacro" />
<xacro:include filename="my_laser.urdf.xacro" />
<xacro:include filename="move.urdf.xacro" />
<!-- 摄像头仿真的 xacro 文件 -->
<xacro:include filename="my_sensors_camara.urdf.xacro" />
</robot>
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
1.3启动仿真环境
编写launch文件，启动gazebo，此处略…
2.Rviz 显示摄像头数据
执行 gazebo 并启动 Rviz,在 Rviz 中添加摄像头组件。
示例效果：
2.4 kinect信息仿真及显示
通过 Gazebo 模拟kinect摄像头，并在 Rviz 中显示kinect摄像头数据。
实现流程:
kinect摄像头仿真基本流程:
- 已经创建完毕的机器人模型，编写一个单独的 xacro 文件，为机器人模型添加kinect摄像头配置；
- 将此文件集成进xacro文件；
- 启动 Gazebo，使用 Rviz 显示kinect摄像头信息。
1.Gazebo仿真Kinect
1.1 新建 Xacro 文件，配置 kinetic传感器信息
<robot name="my_sensors" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro"> <gazebo reference="kinect link名称"> <sensor type="depth" name="camera"> <always_on>true</always_on> <update_rate>20.0</update_rate> <camera> <horizontal_fov>${60.0*PI/180.0}</horizontal_fov> <image> <format>R8G8B8</format> <width>640</width> <height>480</height> </image> <clip> <near>0.05</near> <far>8.0</far> </clip> </camera> <plugin name="kinect_camera_controller" filename="libgazebo_ros_openni_kinect.so"> <cameraName>camera</cameraName> <alwaysOn>true</alwaysOn> <updateRate>10</updateRate> <imageTopicName>rgb/image_raw</imageTopicName> <depthImageTopicName>depth/image_raw</depthImageTopicName> <pointCloudTopicName>depth/points</pointCloudTopicName> <cameraInfoTopicName>rgb/camera_info</cameraInfoTopicName> <depthImageCameraInfoTopicName>depth/camera_info</depthImageCameraInfoTopicName> <frameName>kinect link名称</frameName> <baseline>0.1</baseline> <distortion_k1>0.0</distortion_k1> <distortion_k2>0.0</distortion_k2> <distortion_k3>0.0</distortion_k3> <distortion_t1>0.0</distortion_t1> <distortion_t2>0.0</distortion_t2> <pointCloudCutoff>0.4</pointCloudCutoff> </plugin> </sensor> </gazebo> </robot>
- 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
1.2 xacro 文件集成
将步骤1的 Xacro 文件集成进总的机器人模型文件，代码示例如下:
<!-- 组合小车底盘与传感器 -->
<robot name="my_car_camera" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro">
<xacro:include filename="my_head.urdf.xacro" />
<xacro:include filename="my_base.urdf.xacro" />
<xacro:include filename="my_camera.urdf.xacro" />
<xacro:include filename="my_laser.urdf.xacro" />
<xacro:include filename="move.urdf.xacro" />
<!-- kinect仿真的 xacro 文件 -->
<xacro:include filename="my_sensors_kinect.urdf.xacro" />
</robot>
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
1.3启动仿真环境
编写launch文件，启动gazebo，此处略…
2 Rviz 显示 Kinect 数据
启动 rviz,添加摄像头组件查看数据
补充:kinect 点云数据显示
在kinect中也可以以点云的方式显示感知周围环境，在 rviz 中操作如下:
问题: 在rviz中显示时错位。
原因: 在kinect中图像数据与点云数据使用了两套坐标系统，且两套坐标系统位姿并不一致。
解决:
1.在插件中为kinect设置坐标系，修改配置文件的<frameName>标签内容：
<frameName>support_depth</frameName>
- 1
2.发布新设置的坐标系到kinect连杆的坐标变换关系，在启动rviz的launch中，添加:
<node pkg="tf2_ros" type="static_transform_publisher" name="static_transform_publisher" args="0 0 0 -1.57 0 -1.57 /support /support_depth" />
- 1
3.启动rviz，重新显示。
示例结果：
Reference
声明：本文内容由网友自发贡献，不代表【wpsshop博客】立场，版权归原作者所有，本站不承担相应法律责任。如您发现有侵权的内容，请联系我们。转载请注明出处：https://www.wpsshop.cn/w/IT小白/article/detail/979011
推荐阅读
相关标签
