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ROS学习第七天 机器人系统设计（一）——（仿真&导航）_将导航功能从仿真环境移植到实体机器人

作者：Gausst松鼠会 | 2024-04-20 00:28:37

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将导航功能从仿真环境移植到实体机器人

学过RO的都知道ROS中的机器人系统仿真与导航是最重要、最核心的功能，无论是实际运行还是虚拟仿真，都是学习ROS的精华所在。
本节将不会过多的介绍机器人的仿真内容，主要是因为建立一个机器人模型过于浪费时间，就像是32不会让你来仿真一样，本意是不想说仿真的，但是考虑到后面机器人的导航还是要用到机器人模型的，这一节会稍微提一下基础性的概念。

6.1机器人仿真概述

虽然机器人仿真给没有设备的提供一个机会，但是构建仿真环境会浪费过多的时间，所以这里并不推荐自己构建仿真环境。
所以这里只会简单的介绍关于仿真一些流程，工作组件的名字
谈到仿真，一定要学习ROS中的三个内容：
对机器人建模(URDF)
创建仿真环境(Gazebo)
感知环境(Rviz)
其中URDF不能单独使用，需要结合后者中的任意一个
这里只简单地介绍一下URDF结合Rviz的仿真。
URDF结合Gazebo，就不细说了，主要是知道有这么个功能就行

6.1.1 URDF

URDF简单来说是一种描述性文件，用它的语言来诠释一个红色的立方体

  

 

Rviz下的URDF表示的立方体以及对应URDF文件叙述

现在来创建一个URDF文件

  • 1 创建一个功能包，并导入依赖包:urdf与xacro

urdf与xacro就像我们使用的roscpp那样是构建URDF所需要的编程语言

  • 2 创建如下文件夹，建立框架

 

Launch文件用启动该节点
meshes是用来贴图
urdf用来描述模型

  • 3  开始编程

新建urdf文件后缀.urdf

 

也可以用xacro,后缀是.urdf.xacro
这里直接复制老师文档中的了，就不详细解释了

  1. <robot name="mycar" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro">
  2.  
  3.     <!-- 属性封装 -->
  4.  
  5.     <xacro:property name="wheel_radius" value="0.0325" />
  6.  
  7.     <xacro:property name="wheel_length" value="0.0015" />
  8.  
  9.     <xacro:property name="PI" value="3.1415927" />
  10.  
  11.     <xacro:property name="base_link_length" value="0.08" />
  12.  
  13.     <xacro:property name="lidi_space" value="0.015" />
  14.  
  15.  
  16.  
  17.     <!-- 宏 -->
  18.  
  19.     <xacro:macro name="wheel_func" params="wheel_name flag" >
  20.  
  21.         <link name="${wheel_name}_wheel">
  22.  
  23.             <visual>
  24.  
  25.                 <geometry>
  26.  
  27.                     <cylinder radius="${wheel_radius}" length="${wheel_length}" />
  28.  
  29.                 </geometry>
  30.  
  31.  
  32.  
  33.                 <origin xyz="0 0 0" rpy="${PI / 2} 0 0" />
  34.  
  35.  
  36.  
  37.                 <material name="wheel_color">
  38.  
  39.                     <color rgba="0 0 0 0.3" />
  40.  
  41.                 </material>
  42.  
  43.             </visual>
  44.  
  45.         </link>
  46.  
  47.  
  48.  
  49.         <!-- 3-2.joint -->
  50.  
  51.         <joint name="${wheel_name}2link" type="continuous">
  52.  
  53.             <parent link="base_link"  />
  54.  
  55.             <child link="${wheel_name}_wheel" />
  56.  
  57.             <!--
  58.  
  59.                 x 无偏移
  60.  
  61.                 y 车体半径
  62.  
  63.                 z z= 车体高度 / 2 + 离地间距 - 车轮半径
  64.  
  65.  
  66.  
  67.             -->
  68.  
  69.             <origin xyz="0 ${0.1 * flag} ${(base_link_length / 2 + lidi_space - wheel_radius) * -1}" rpy="0 0 0" />
  70.  
  71.             <axis xyz="0 1 0" />
  72.  
  73.         </joint>
  74.  
  75.  
  76.  
  77.     </xacro:macro>
  78.  
  79.     <xacro:wheel_func wheel_name="left" flag="1" />
  80.  
  81.     <xacro:wheel_func wheel_name="right" flag="-1" />
  82.  
  83. </robot>

但是在运行的时候就和下面用launch文件传参不一样，由于xacro最后两行已经配置了相应语法，只需要传入到xacro中就能转换为urdf文件

然后保存输出

在相应文件夹下就能生成对应urdf文件

 

xacro就到此结束，不再细说

  • 4 编写launch文件

主要来将URDF上面的编程文件载入参数服务器中，并调用rviz

之后运行launch文件就能够直接打开rviz，在add中国选择机器人模型就能够打开该文件在rviz就能实现（需要修改地图坐标系）

  • 5 优化机器人

…不进行介绍

6.1.2Rviz

ROS小车在实际操作的时候会调用地盘驱动硬件，在仿真中无法获取动态数据.ROS就提供了一种仿真的方式在Rviz中实现运动，Arbotix就是对应的接口，ROS提供相应的功能包来调用这个接口，这样控制机器人的命令就能够通过这个接口实现控制小车运动

这里还是简单介绍一下相应的设备

        1 安装 Arbotix

方式1:命令行安装

sudo apt-get install ros-<<VersionName()>>-arbotix

将 <<VsersionName()>> 替换成当前 ROS 版本名称，

如果提示功能包无法定位，使用方式2。

方式2:源码安装

先从 github 下载源码，然后调用 catkin_make 编译

git clone https://github.com/vanadiumlabs/arbotix_ros.git

        2 创建新功能包，准备机器人 urdf、xacro

urdf 和 xacro 调用上一讲实现即可

        3 添加 arbotix 所需的配置文件

添加 arbotix 所需配置文件

  1. controllers: {
  2.  
  3.    # 单控制器设置
  4.  
  5.    base_controller: {
  6.  
  7.           #类型: 差速控制器
  8.  
  9.        type: diff_controller,
  10.  
  11.        #参考坐标
  12.  
  13.        base_frame_id: base_footprint,
  14.  
  15.        #两个轮子之间的间距
  16.  
  17.        base_width: 0.2,
  18.  
  19.        #控制频率
  20.  
  21.        ticks_meter: 2000,
  22.  
  23.        #PID控制参数，使机器人车轮快速达到预期速度
  24.  
  25.        Kp: 12,
  26.  
  27.        Kd: 12,
  28.  
  29.        Ki: 0,
  30.  
  31.        Ko: 50,
  32.  
  33.        #加速限制
  34.  
  35.        accel_limit: 1.0
  36.  
  37.     }
  38.  
  39. }
  40.  
  41. 其他配置想参考
  42. http://wiki.ros.org/arbotix_python/diff_controller
  43.  
  44. launch 文件中配置 arbotix 节点
  45. launch 示例代码
  46.  
  47. <node name="arbotix" pkg="arbotix_python" type="arbotix_driver" output="screen">
  48.  
  49.      <rosparam file="$(find my_urdf05_rviz)/config/hello.yaml" command="load" />
  50.  
  51.      <param name="sim" value="true" />
  52.  
  53. </node>

代码解释:

<node> 调用了 arbotix_python 功能包下的 arbotix_driver 节点

<rosparam> arbotix 驱动机器人运行时，需要获取机器人信息，可以通过 file 加载配置文件

<param> 在仿真环境下，需要配置 sim 为 true

        4 启动 launch 文件并控制机器人模型运动

启动launch:roslaunch xxxx ....launch   然后配置 rviz即可

控制小车运动:

调用 rostopic list 会发现一个熟悉的话题: /cmd_vel 也就说我们可以发布 cmd_vel 话题消息控制小陈运动了，该实现策略有多种，可以另行编写节点，或者更简单些可以直接通过如下命令发布消息:

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}}'

还可以直接在rviz中设置话题名称，这样就能够直接看到机器人运行的方向

修改keep就能够少量查看

总而言之在add中能添加各种组件

6.1.3 Gazebo

因为用仿真环境，需要使用ros_control，和Arbotix接口功能是一样的，配置就不细究，这里直接跳过

6.1.4三者结合使用

上面说了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

本节就是建立虚拟的环境，主要目的是使用传感器
简单来说Gazebo创建虚假的三维环境

 

URDF创建小车
使得小车能够在Gazebo中运行

 

在rviz中能够使用各种该传感器来读取运动参数
深度相机相机采集相片和深度信息

因为只是大致提一嘴仿真 ，很多东西都没细说，没细究，只是大概介绍一些工作组件的功能和原理
如果真的要使用仿真需要参考官网，还有老师的视频

Gazebo : Tutorial : Gazebo plugins in ROS

231仿真之URDF集成rviz_基本流程-机器人系统仿真_哔哩哔哩_bilibili

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