ROS机器人入门：机器人系统仿真【学习记录】——2

承接上一篇博客：

ROS机器人入门：机器人系统仿真【学习记录】——1-CSDN博客

我们先前结束了（上一篇博客中）：

1. 概述

2. URDF集成Rviz基本流程

3. URDF语法详解

4. URDF优化_xacro

下面让我们继续学习ROS机器人系统仿真！

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让我们接着新的开始：

5. Rviz中控制机器人模型运动

        通过 URDF 结合 rviz 可以创建并显示机器人模型，不过，当前实现的只是静态模型，如何控制模型的运动呢？在此，可以调用 Arbotix 实现此功能。

简介

Arbotix:Arbotix 是一款控制电机、舵机的控制板，并提供相应的 ros 功能包，这个功能包的功能不仅可以驱动真实的 Arbotix 控制板，它还提供一个差速控制器，通过接受速度控制指令更新机器人的 joint 状态，从而帮助我们实现机器人在 rviz 中的运动。

这个差速控制器在 arbotix_python 程序包中，完整的 arbotix 程序包还包括多种控制器，分别对应 dynamixel 电机、多关节机械臂以及不同形状的夹持器。

Arbotix使用流程

        控制机器人模型在 rviz 中做圆周运动

实现流程:

1. 安装 Arbotix

2. 创建新功能包，准备机器人 urdf、xacro 文件

3. 添加 Arbotix 配置文件

4. 编写 launch 文件配置 Arbotix

5. 启动 launch 文件并控制机器人模型运动

1.安装 Arbotix

方式1:命令行调用

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，请采用方式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

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下面我们采用方式2来进行源码的下载：

将git到的arbotix_ros文件复制到自己工作空间的src下，然后需要进行catkin_make编译

这里我遇到了一个问题，就是编译失败，报错信息如下：

主要的报错信息为： AttributeError: module 'em' has no attribute 'RAW_OPT' 

下面结合这篇博客解决了这个问题：

在进行编译时，遇到AttributeError:module ‘em‘ has no attribute ‘RAW_OPT‘问题_no attribute 'raw_opt-CSDN博客

具体问题就是在“empy”这个库中没有'RAW_OPT'这个属性

原因：

由于empy的版本不匹配，我下载的empy版本为4.1,但是似乎4.0版本以上都会出现这个错误

可以pip show来查看一下empy的版本：

解决方法：

将原来自己的conda环境中的"empy"卸载并重新安装旧版本的“empy”：

conda activate hjx

pip uninstall empy
pip install empy==3.3.4

安装好empy的低版本后，再次进行catkin_make编译，可以发现问题得到了解决：

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2.创建新功能包，准备机器人 urdf、xacro

这里的urdf 和 xacro 沿用上一篇博客的实现即可

3.添加 arbotix 所需的配置文件

下面开始添加 arbotix 所需配置文件，代码如下：

# 该文件是控制器配置,一个机器人模型可能有多个控制器，比如: 底盘、机械臂、夹持器(机械手)....
# 因此，根 name 是 controller
controllers: {
   # 单控制器设置
   base_controller: {
          #类型: 差速控制器
       type: diff_controller,
       #参考坐标
       base_frame_id: base_footprint, 
       #两个轮子之间的间距
       base_width: 0.2,
       #控制频率
       ticks_meter: 2000, 
       #PID控制参数，使机器人车轮快速达到预期速度
       Kp: 12, 
       Kd: 12, 
       Ki: 0, 
       Ko: 50, 
       #加速限制
       accel_limit: 1.0 
    }
}

另请参考: http://wiki.ros.org/arbotix_python/diff_controller

下面我们开始进行 arbotix 所需配置文件的配置工作：

在urdf01_rviz文件夹中的config文件夹中新建一个control.yaml文件，再将上面的代码复制进去：

4.launch 文件中配置 arbotix 节点

下面开始新建一个launch文件（control.launch），代码如下：

<launch>
    <param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro $(find urdf01_rviz)/urdf/xacro/car.xacro" />
    
    <node pkg="rviz" type="rviz" name="rviz" args="-d $(find urdf01_rviz)/config/show_mycar.rviz" />
    <node pkg="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher" name="joint_state_publisher" output="screen" />
    <node pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" name="robot_state_publisher" output="screen" />
 
    <!-- 集成 arbotix 运动控制节点 -->
    <node pkg="arbotix_python" type="arbotix_driver" name="driver" output="screen" >
        <rosparam command="load" file="$(find urdf01_rviz)/config/control.yaml" />
        <param name="sim" value="true" />
    </node>
 
</launch>

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

下面开始启动launch文件并控制机器人运动，进入工作空间中先source一下，再执行launch文件：

source ./devel/setup.bash

conda activate hjx

roslaunch urdf01_rviz control.launch 

运行launch文件时遇到报错：

ModuleNotFoundError: No module named 'serial'

解决方法：

conda activate hjx

pip install pyserial

再次执行launch文件，可以发现启动成功：

下面需要将base_footprint修改为odom(里程计):

下面查看一下ROS系统中存在的一些话题，开启一个终端执行：

rostopic list

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，给出例子:

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}}'

实操环节开始，其中/cmd_vel这个话题可以发布速度消息，这个话题现在是被arbotix订阅的，我们现在只需要发消息即可，下面开始发送，在终端中输入：

rostopic pub -r 10 /cmd_vel

然后一直Tab补齐，出现如下界面：

设置一下线速度和角速度：

最后进行回车，可以在rviz中发现小车运动了起来：

为了增强视觉感受，可以在rviz中添加一下组件（Odometry）：

 下面在Odometry中的Topic处设置为/odom，出现如下界面：

这个红色的箭头指向就是小车的运动方向，其中箭头的数量默认保存为100个

6. URDF集成Gazebo

        URDF 需要集成进 Rviz 或 Gazebo 才能显示可视化的机器人模型，前面已经介绍了URDF 与 Rviz 的集成，本节主要介绍:

• URDF 与 Gazebo 的基本集成流程；
• 如果要在 Gazebo 中显示机器人模型，URDF 需要做的一些额外配置；
• 关于Gazebo仿真环境的搭建。

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:

1. 创建功能包，导入依赖项

2. 编写 URDF 或 Xacro 文件

3. 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

2.编写URDF文件

~~~未完待更~~~

参考资料：

第 6 章 机器人系统仿真 · Autolabor-ROS机器人入门课程《ROS理论与实践》零基础教程