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0基础在ROS系统中实现RRT算法（四）URDF集成gazebo并搭建gazebo仿真环境_gazebo11 urdf

作者：寸_铁 | 2024-07-05 06:40:08

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gazebo11 urdf

小白一枚，毕设突发奇想加入了ROS的内容，不知道自己还能不能毕业。以下均为通过看视频，翻博客等整理而成的笔记，并非我的原创。可能会出现一些报错的修改或者简单的代码是我自己做的。哈哈。

Gazebo是一款3D动态模拟器，用于显示机器人模型并创建仿真环境,能够在复杂的室内和室外环境中准确有效地模拟机器人。与游戏引擎提供高保真度的视觉模拟类似，Gazebo提供高保真度的物理模拟，其提供一整套传感器模型，以及对用户和程序非常友好的交互方式。

这篇主要学习：

  • 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。比如建立房子、马路等。

如果 gazebo没有安装，请自行安装:

1.添加源:

  1. sudo sh -c 'echo "deb http://packages.osrfoundation.org/gazebo/ubuntu-stable `lsb_release -cs` main" 
  2. >
  3.  /etc/apt/sources.list.d/gazebo-stable.list'
wget http://packages.osrfoundation.org/gazebo.key -O - | sudo apt-key add -

2.安装：

sudo apt update

  1. sudo apt install gazebo11 
  2. sudo apt install libgazebo11-dev

一、URDF与Gazebo基本集成流程与相关设置

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

接下来我们以创建盒状机器人显示在gazebo中为例，学习一下URDF集成gazebo。

1.创建功能包

在工作空间的src文件夹下打开终端进行以下操作,新建功能包urdf02_gazebo,并且导入依赖包: urdf、xacro、gazebo_ros、gazebo_ros_control、gazebo_plugins

catkin_create_pkg urdf02_gazebo urdf xacro gazebo_ros gazebo_ros_control gazebo_plugins

2.编写URDF文件

在urdf02_gazebo文件夹下新建urdf文件夹，在此文件夹下新建demo01_helloworld.urdf：

 接下来编写urdf文件，完整的文件内容：

  1. <robot name="mycar">
  2.     <link name="base_link">
  3.         <visual>
  4.             <geometry>
  5.                 <box size="0.5 0.2 0.1" />
  6.             </geometry>
  7.             <origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="0.0 0.0 0.0" />
  8.             <material name="yellow">
  9.                 <color rgba="0.5 0.3 0.0 1" />
  10.             </material>
  11.         </visual>
  12.         
  13.         <collision>
  14.             <geometry>
  15.                 <box size="0.5 0.2 0.1" />
  16.             </geometry>
  17.             <origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="0.0 0.0 0.0" />
  18.         </collision>
  19.         <inertial>
  20.             <origin xyz="0 0 0" />
  21.             <mass value="6" />
  22.             <inertia ixx="1" ixy="0" ixz="0" iyy="1" iyz="0" izz="1" />
  23.         </inertial>
  24.     </link>
  25.     <gazebo reference="base_link">
  26.         <material>Gazebo/Black</material>
  27.     </gazebo>
  28.  
  29. </robot>

接下来对上面的文件内容进行解释：

机器人的可视化部分visual：

盒装机器人，所以几何形状geometry选择为box，它在xyz上的尺寸分别是：0.5 ，0.2，0.1

颜色color为黄色，rgba为0.5 0.3 0，透明度为1

  1.         <visual>
  2.             <geometry>
  3.                 <box size="0.5 0.2 0.1" />
  4.             </geometry>
  5.             <origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="0.0 0.0 0.0" />
  6.             <material name="yellow">
  7.                 <color rgba="0.5 0.3 0.0 1" />
  8.             </material>
  9.         </visual>

连杆碰撞参数collision：碰撞参数用于检测机器人是否与外界环境发生碰撞。

如果是标准几何体，直接复制visual的geometry和origin即可。

  1.         <collision>
  2.             <geometry>
  3.                 <box size="0.5 0.2 0.1" />
  4.             </geometry>
  5.             <origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="0.0 0.0 0.0" />
  6.         </collision>

连杆惯性矩阵inertial：小车起步和刹车受到惯性影响，所以要设置一下惯性矩阵。

origin用于设置重心偏移量，如果连杆质量均匀，设置为0 0 0。

mass质量设置为 6 kg

inertial是在不同维度上的坐标值，实际应用时要根据情况进行计算来防止机器人打滑和翻车等，在这里我们先随意设置。

  1.     
  2.         <inertial>
  3.             <origin xyz="0 0 0" />
  4.             <mass value="6" />
  5.             <inertia ixx="1" ixy="0" ixz="0" iyy="1" iyz="0" izz="1" />
  6.         </inertial>

gazebo自己的颜色设置：

  1.     <gazebo reference="base_link">
  2.         <material>Gazebo/Black</material>
  3.     </gazebo>

3.启动Gazebo并显示模型

在/DEMO05_WS/src/urdf02_gazebo目录下新建launch文件夹，在launch文件夹下新建demo01_helloworld.launch

我们要：

  • 将 Urdf 文件的内容加载到参数服务器：调用param标签，name="robot_description"，textfile定位到 urdf02_gazebo/urdf/helloworld.urdf
  • 启动 gazebo：gazebo已经内置了launch文件empty_world.launch,是一个空的世界环境，我们在这里包含这个launch文件。
  • 在 gazebo 中显示机器人模型：    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 car 模型名称是 car
        -param robot_description 从参数 robot_description 中载入模型

launch文件内容：

  1. <launch>
  2.  
  3.     <param name="robot_description" textfile="$(find urdf02_gazebo)/urdf/helloworld.urdf" />
  4.  
  5.     <include file="$(find gazebo_ros)/launch/empty_world.launch" />
  6.  
  7.     <node pkg="gazebo_ros" type="spawn_model" name="model" args="-urdf -model mycar -param robot_description"  />
  8. </launch>

运行一下launch文件：

milk@milk:~/DEMO05_WS$ roslaunch urdf02_gazebo demo01_helloworld.launch

可以看到gazebo中显示的盒装机器人：

 （不知道为什么我第一次不显示机器人模型，等我放弃了关机之后，再开机启动launch文件就显示出来了……）

二、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:

  1. 需要编写封装惯性矩阵算法的 xacro 文件：我们的车轮、雷达等都要涉及到惯性矩阵的计算。

  2. 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

  3. 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

在/DEMO05_WS/src/urdf02_gazebo/urdf目录下新建用于封装惯性矩阵算法的文件：head.xacro

这个比较复杂，在这里直接复制文件内容：

  1. <robot name="base" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro">
  2.     <!-- Macro for inertia matrix -->
  3.     <xacro:macro name="sphere_inertial_matrix" params="m r">
  4.         <inertial>
  5.             <mass value="${m}" />
  6.             <inertia ixx="${2*m*r*r/5}" ixy="0" ixz="0"
  7.                 iyy="${2*m*r*r/5}" iyz="0" 
  8.                 izz="${2*m*r*r/5}" />
  9.         </inertial>
  10.     </xacro:macro>
  11.  
  12.     <xacro:macro name="cylinder_inertial_matrix" params="m r h">
  13.         <inertial>
  14.             <mass value="${m}" />
  15.             <inertia ixx="${m*(3*r*r+h*h)/12}" ixy = "0" ixz = "0"
  16.                 iyy="${m*(3*r*r+h*h)/12}" iyz = "0"
  17.                 izz="${m*r*r/2}" /> 
  18.         </inertial>
  19.     </xacro:macro>
  20.  
  21.     <xacro:macro name="Box_inertial_matrix" params="m l w h">
  22.        <inertial>
  23.                <mass value="${m}" />
  24.                <inertia ixx="${m*(h*h + l*l)/12}" ixy = "0" ixz = "0"
  25.                    iyy="${m*(w*w + l*l)/12}" iyz= "0"
  26.                    izz="${m*(w*w + h*h)/12}" />
  27.        </inertial>
  28.    </xacro:macro>
  29. </robot>

 接下来把之前编写过的小车底盘、雷达、摄像头、汇总文件的xacro文件复制过来：

 并且在car.urdf.xacro中包含惯性矩阵文件：<xacro:include filename="head.xacro" />

  1. <robot name="mycar" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro">
  2.     
  3.         <xacro:include filename="head.xacro" />
  4.  
  5.     <xacro:include filename="demo05_car_base.urdf.xacro" />
  6.     <xacro:include filename="demo06_car_camera.urdf.xacro" />
  7.     <xacro:include filename="demo07_car_laser.urdf.xacro" />
  8. </robot>

编写launch文件：在/DEMO05_WS/src/urdf02_gazebo/launch目录下新建car.launch

  1. <launch>
  2.  
  3.     <param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro $(find urdf02_gazebo)/urdf/car.urdf.xacro "/>
  4.  
  5.  
  6.     <include file="$(find gazebo_ros)/launch/empty_world.launch" />
  7.  
  8.     <node pkg="gazebo_ros" type="spawn_model" name="model" args="-urdf -model mycar -param robot_description"  />
  9. </launch>

2.复制相关 xacro 文件，并设置 collision inertial 以及 color 等参数

在demo05_car_base.urdf.xacro中

设置底盘相关参数:

连杆：找到连杆相关代码

  1.     <link name="base_link">
  2.       <visual>
  3.         <geometry>
  4.           <cylinder radius="${base_link_radius}" length="${base_link_length}" />
  5.         </geometry>
  6.         <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
  7.         <material name="yellow">
  8.           <color rgba="0.5 0.3 0.0 0.5" />
  9.         </material>
  10.       </visual>
  11.     </link>

添加collision：只要是规则的立方体，collision都和visual中的geometry和origin一样，直接复制。

添加interial：我们前面已经把interial封装成专门的宏。打开head.xacro，由于底盘是圆柱体，我们找到圆柱体的interial宏：cylinder_inertial_matrix

添加颜色

修改完成后的小车主体部分代码如下：

  1.  
  2.     <link name="base_link">
  3.       <visual>
  4.         <geometry>
  5.           <cylinder radius="${base_link_radius}" length="${base_link_length}" />
  6.         </geometry>
  7.         <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
  8.         <material name="yellow">
  9.           <color rgba="0.5 0.3 0.0 0.5" />
  10.         </material>
  11.       </visual>
  12.  
  13.       <collision>
  14.         <geometry>
  15.           <cylinder radius="${base_link_radius}" length="${base_link_length}" />
  16.         </geometry>
  17.         <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
  18.       </collision>
  19.   
  20.       <xacro:cylinder_inertial_matrix   m= "${base_link_mass}"  r= "${base_link_radius}"  h = "${base_link_length}"   />
  21.     </link>
  22.     
  23.     <gazebo reference = "base_link">
  24.       <material>Gazebo/Yellow</material>
  25.     </gazebo>

保存之后，执行一下代码看一下gazebo中的机器人模型：

  1. milk@milk:~/DEMO05_WS$ source ./devel/setup.bash
  2. milk@milk:~/DEMO05_WS$ roslaunch urdf02_gazebo demo02_car.launch

 驱动轮:

  1.    <!-- qudonglun -->
  2.     <xacro:property name="wheel_radius" value="0.0325" />
  3.     <xacro:property name="wheel_length" value="0.015" />
  4.     <xacro:property name="wheel_mass" value="0.05" />
  5.     <xacro:macro name="add_wheels" params="name flag">
  6.       <link name="${name}_wheel">
  7.         <visual>
  8.           <geometry>
  9.             <cylinder radius="${wheel_radius}" length="${wheel_length}" />
  10.           </geometry>
  11.           <origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="${PI / 2} 0.0 0.0" />
  12.           <material name="black" />
  13.         </visual>
  14.         <collosion>
  15.             <geometry>
  16.             <cylinder radius="${wheel_radius}" length="${wheel_length}" />
  17.           </geometry>
  18.           <origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="${PI / 2} 0.0 0.0" />      
  19.         </collosion>
  20.          <xacro:cylinder_inertial_matrix   m= "${wheel_mass}"  r= "${wheel_radius}"  h = "${wheel_length}"   />
  21.       </link>
  22.       <gazebo reference = "${name}_wheel">
  23.         <material>Gazebo/Red</material>
  24.       </gazebo>

支撑轮

  1.       <link name="${name}_wheel">
  2.         <visual>
  3.             <geometry>
  4.                 <sphere radius="${support_wheel_radius}" />
  5.             </geometry>
  6.             <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
  7.             <material name="black" />
  8.         </visual>
  9.  
  10.         <collision>
  11.         <geometry>
  12.                 <sphere radius="${support_wheel_radius}" />
  13.             </geometry>
  14.             <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
  15.         </collision>
  16.         
  17.         <xacro:sphere_inertial_matrix   m = "${support_wheel_mass}"    r = "${support_wheel_radius}"  />
  18.       </link>
  19.  
  20.       <gazebo reference="${name}_wheel">
  21.         <material>Gazebo/Black</material>
  22.       </gazebo>

demo05_car_base.urdf.xacro整体代码：

  1. <robot name="my_base" xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro">
  2.  
  3.     <xacro:property name="PI" value="3.1415926"/>
  4.  
  5.     <material name="black">
  6.         <color rgba="0.0 0.0 0.0 1.0" />
  7.     </material>
  8.  
  9.     <xacro:property name="base_footprint_radius" value="0.001" /> <!-- base_footprint  -->
  10.     <xacro:property name="base_link_radius" value="0.1" /> <!-- base_link  -->
  11.     <xacro:property name="base_link_length" value="0.08" /> <!-- base_link  -->
  12.         <xacro:property name="base_link_mass" value="2" /> <!-- base_link  -->
  13.     <xacro:property name="earth_space" value="0.015" /> <!-- lidijianju -->
  14.  
  15.     <!-- dipan -->
  16.     <link name="base_footprint">
  17.       <visual>
  18.         <geometry>
  19.           <sphere radius="${base_footprint_radius}" />
  20.         </geometry>
  21.       </visual>
  22.     </link>
  23.  
  24.     <link name="base_link">
  25.       <visual>
  26.         <geometry>
  27.           <cylinder radius="${base_link_radius}" length="${base_link_length}" />
  28.         </geometry>
  29.         <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
  30.         <material name="yellow">
  31.           <color rgba="0.5 0.3 0.0 0.5" />
  32.         </material>
  33.       </visual>
  34.  
  35.       <collision>
  36.         <geometry>
  37.           <cylinder radius="${base_link_radius}" length="${base_link_length}" />
  38.         </geometry>
  39.         <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
  40.       </collision>
  41.   
  42.       <xacro:cylinder_inertial_matrix   m= "${base_link_mass}"  r= "${base_link_radius}"  h = "${base_link_length}"   />
  43.     </link>
  44.  
  45.     <gazebo reference = "base_link">
  46.       <material>Gazebo/Yellow</material>
  47.     </gazebo>
  48.  
  49.     <joint name="base_link2base_footprint" type="fixed">
  50.       <parent link="base_footprint" />
  51.       <child link="base_link" />
  52.       <origin xyz="0 0 ${earth_space + base_link_length / 2 }" />
  53.     </joint>
  54.  
  55.     <!-- qudonglun -->
  56.     <xacro:property name="wheel_radius" value="0.0325" />
  57.     <xacro:property name="wheel_length" value="0.015" />
  58.     <xacro:property name="wheel_mass" value="0.05" />
  59.     <xacro:macro name="add_wheels" params="name flag">
  60.       <link name="${name}_wheel">
  61.         <visual>
  62.           <geometry>
  63.             <cylinder radius="${wheel_radius}" length="${wheel_length}" />
  64.           </geometry>
  65.           <origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="${PI / 2} 0.0 0.0" />
  66.           <material name="black" />
  67.         </visual>
  68.         <collosion>
  69.             <geometry>
  70.             <cylinder radius="${wheel_radius}" length="${wheel_length}" />
  71.           </geometry>
  72.           <origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="${PI / 2} 0.0 0.0" />      
  73.         </collosion>
  74.          <xacro:cylinder_inertial_matrix   m= "${wheel_mass}"  r= "${wheel_radius}"  h = "${wheel_length}"   />
  75.       </link>
  76.       <gazebo reference = "${name}_wheel">
  77.         <material>Gazebo/Red</material>
  78.       </gazebo>
  79.  
  80.       <joint name="${name}_wheel2base_link" type="continuous">
  81.         <parent link="base_link" />
  82.         <child link="${name}_wheel" />
  83.         <origin xyz="0 ${flag * base_link_radius} ${-(earth_space + base_link_length / 2 - wheel_radius) }" />
  84.         <axis xyz="0 1 0" />
  85.       </joint>
  86.     </xacro:macro>
  87.     <xacro:add_wheels name="left" flag="1" />
  88.     <xacro:add_wheels name="right" flag="-1" />
  89.     <!-- zhichenglun -->
  90.     <xacro:property name="support_wheel_radius" value="0.0075" />
  91.     <xacro:property name="support_wheel_mass" value="0.0100" />
  92.     <xacro:macro name="add_support_wheel" params="name flag" >
  93.       <link name="${name}_wheel">
  94.         <visual>
  95.             <geometry>
  96.                 <sphere radius="${support_wheel_radius}" />
  97.             </geometry>
  98.             <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
  99.             <material name="black" />
  100.         </visual>
  101.  
  102.         <collision>
  103.         <geometry>
  104.                 <sphere radius="${support_wheel_radius}" />
  105.             </geometry>
  106.             <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
  107.         </collision>
  108.         
  109.         <xacro:sphere_inertial_matrix   m = "${support_wheel_mass}"    r = "${support_wheel_radius}"  />
  110.       </link>
  111.  
  112.       <gazebo reference="${name}_wheel">
  113.         <material>Gazebo/Black</material>
  114.       </gazebo>
  115.  
  116.       <joint name="${name}_wheel2base_link" type="continuous">
  117.           <parent link="base_link" />
  118.           <child link="${name}_wheel" />
  119.           <origin xyz="${flag * (base_link_radius - support_wheel_radius)} 0 ${-(base_link_length / 2 + earth_space / 2)}" />
  120.           <axis xyz="1 1 1" />
  121.       </joint>
  122.     </xacro:macro>
  123.  
  124.     <xacro:add_support_wheel name="front" flag="1" />
  125.     <xacro:add_support_wheel name="back" flag="-1" />
  126.  
  127. </robot>

 gazebo：

 设置摄像头相关参数:demo06_car_camera.urdf.xacro

  1. <robot name="mycar" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro">
  2.  
  3. <xacro:property  name = "camera_length"   value =  "0.02" /> 
  4. <xacro:property  name = "camera_width"   value =  "0.05" /> 
  5. <xacro:property  name = "camera_height"   value =  "0.05" /> 
  6. <xacro:property  name = "camera_mass"   value =  "0.01" /> 
  7. <xacro:property  name = "joint_camera_x"   value =  "0.08" />
  8. <xacro:property  name = "joint_camera_y"   value =  "0" />
  9. <xacro:property  name = "joint_camera_z"   value =  "${base_link_length / 2 + camera_height  / 2}" />
  10.     <link   name = "camera">
  11.             <visual>
  12.                     <geometry>
  13.                              <box  size = "${camera_length}  ${ camera_width}  ${camera_height}"  />
  14.                     </geometry>
  15.  
  16.                     <material    name = "black ">
  17.                                 <color  rgba = "0  0  0  0.8"  />
  18.                     </material>
  19.             </visual>
  20.             <collision>
  21.                 <geometry>
  22.                              <box  size = "${camera_length}  ${ camera_width}  ${camera_height}"  />
  23.                     </geometry>
  24.             </collision>
  25.             <xacro:Box_inertial_matrix m = "${camera_mass}" l = "${camera_length}"  w = "${camera_width}"  h = "${camera_height}" />
  26.     </link>
  27.     <gazebo reference = "camera">
  28.                 <material>Gazebo/Blue</material>
  29.     </gazebo>
  30.  
  31.     <joint name = "camera2base" type = "fixed">
  32.         <parent   link  = "base_link"  />
  33.         <child   link  = "camera"  />
  34.         <origin xyz ="${joint_camera_x}  ${joint_camera_y}  ${joint_camera_z}"   rpy= "0 0 0" />
  35.     </joint>
  36. </robot>
  37.

设置雷达相关参数:demo07_car_laser.urdf.xacro

  1. <robot name="mycar" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro">
  2. 	<xacro:property name = "support_radius"  value = "0.01"  />
  3. 	<xacro:property name = "support_length"  value = "0.15"  />
  4. 		<xacro:property name = "support_mass"  value = "0.1"  />
  5. 	<xacro:property name = "laser_radius"  value = "0.03"  />
  6. 	<xacro:property name = "laser_length"  value = "0.05"  />
  7. 		<xacro:property name = "laser_mass"  value = "0.02"  />
  8.  
  9. 	<xacro:property name = "joint_support_x"  value = "0"  />
  10. 	<xacro:property name = "joint_support_y"  value = "0"  />
  11. 	<xacro:property name = "joint_support_z"  value = "${base_link_length / 2 +support_length / 2}"  />
  12.  
  13. 	<xacro:property name = "joint_laser_x"  value = "0"  />
  14. 	<xacro:property name = "joint_laser_y"  value = "0"  />
  15. 	<xacro:property name = "joint_laser_z"  value = "${support_length / 2 + laser_length / 2}"  />
  16.  
  17. 	<link name ="support">
  18. 		<visual>
  19. 			<geometry>
  20. 				<cylinder  radius = "${support_radius}"	length = "${support_length}"/>
  21. 			</geometry>
  22. 			<material name = "yellow">
  23. 				<color   rgba = "0.8 0.5 0.0  0.5" />
  24. 			</material>
  25. 		</visual>
  26. 		<collision>
  27. 		<geometry>
  28. 				<cylinder  radius = "${support_radius}"	length = "${support_length}"/>
  29. 			</geometry>
  30. 		</collision>
  31. 		<xacro:cylinder_inertial_matrix  m = "${support_mass}"  r ="${support_radius}"	 h = "${support_length}"	/>
  32. 	</link>
  33.  
  34.     <gazebo reference = "support">
  35.                 <material>Gazebo/Gray</material>
  36.     </gazebo>
  37.  
  38. 	<joint  name = "support2base"  type = 	"fixed">
  39. 		<parent  link ="base_link" />
  40. 		<child link = "support"/>
  41. 		<origin xyz = "${joint_support_x} ${joint_support_y} ${joint_support_z}"  rpy ="0 0 0" />
  42. 	</joint>
  43.  
  44. 	<link name ="laser">
  45. 		<visual>
  46. 			<geometry>
  47. 				<cylinder  radius = "${laser_radius}"	length = "${laser_length}"/>
  48. 			</geometry>
  49. 			<material name = "black">
  50. 				<color   rgba = "0.0 0.0 0.0 0.5" />
  51. 			</material>
  52. 		</visual>
  53. 		<collision>
  54. 		<geometry>
  55. 				<cylinder  radius = "${laser_radius}"	length = "${laser_length}"/>
  56. 			</geometry>
  57. 		</collision>
  58. 		<xacro:cylinder_inertial_matrix m="${laser_mass}" r="${laser_radius}" h="${laser_length}" />
  59. 	</link>
  60.     <gazebo reference = "laser">
  61.                 <material>Gazebo/Black</material>
  62.     </gazebo>
  63.  
  64. 	<joint  name = "laser2support"  type = 	"fixed">
  65. 		<parent  link ="support" />
  66. 		<child link = "laser"/>
  67. 		<origin xyz = "${joint_laser_x} ${joint_laser_y} ${joint_laser_z}"  rpy ="0 0 0" />
  68. 	</joint>
  69. </robot>
  70.

gazebo:

三、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.创建仿真环境

首先打开新终端，启动roscore

$roscore

然后启动gazebo

$rosrun gazebo_ros gazebo

 点击上边栏的立方体添加

 2.自定义仿真环境

启动 gazebo ，打开构建面板，绘制仿真环境

 

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

 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)

3.使用官方提供的插件

 还可以下载官方提供的插件，下载地址：

https://github.com/osrf/gazebo_models

解压后的文件中有大量的模型：

 这些模型占用空间太大了，我下载后只留下了几个自己需要的模型。

四、启动gazebo并控制机器人运动

1.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

1.1 为 joint 添加传动装置以及控制器

两轮差速配置

  1. <robot name="my_car_move" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro">
  2.  
  3.     <!-- 传动实现:用于连接控制器与关节 -->
  4.     <xacro:macro name="joint_trans" params="joint_name">
  5.         <!-- Transmission is important to link the joints and the controller -->
  6.         <transmission name="${joint_name}_trans">
  7.             <type>transmission_interface/SimpleTransmission</type>
  8.             <joint name="${joint_name}">
  9.                 <hardwareInterface>hardware_interface/VelocityJointInterface</hardwareInterface>
  10.             </joint>
  11.             <actuator name="${joint_name}_motor">
  12.                 <hardwareInterface>hardware_interface/VelocityJointInterface</hardwareInterface>
  13.                 <mechanicalReduction>1</mechanicalReduction>
  14.             </actuator>
  15.         </transmission>
  16.     </xacro:macro>
  17.  
  18.     <!-- 每一个驱动轮都需要配置传动装置 -->
  19.     <xacro:joint_trans joint_name="left_wheel2base_link" />
  20.     <xacro:joint_trans joint_name="right_wheel2base_link" />
  21.  
  22.     <!-- 控制器 -->
  23.     <gazebo>
  24.         <plugin name="differential_drive_controller" filename="libgazebo_ros_diff_drive.so">
  25.             <rosDebugLevel>Debug</rosDebugLevel>
  26.             <publishWheelTF>true</publishWheelTF>
  27.             <robotNamespace>/</robotNamespace>
  28.             <publishTf>1</publishTf>
  29.             <publishWheelJointState>true</publishWheelJointState>
  30.             <alwaysOn>true</alwaysOn>
  31.             <updateRate>100.0</updateRate>
  32.             <legacyMode>true</legacyMode>
  33.             <leftJoint>left_wheel2base_link</leftJoint> <!-- 左轮 -->
  34.             <rightJoint>right_wheel2base_link</rightJoint> <!-- 右轮 -->
  35.             <wheelSeparation>${base_link_radius * 2}</wheelSeparation> <!-- 车轮间距 -->
  36.             <wheelDiameter>${wheel_radius * 2}</wheelDiameter> <!-- 车轮直径 -->
  37.             <broadcastTF>1</broadcastTF>
  38.             <wheelTorque>30</wheelTorque>
  39.             <wheelAcceleration>1.8</wheelAcceleration>
  40.             <commandTopic>cmd_vel</commandTopic> <!-- 运动控制话题 -->
  41.             <odometryFrame>odom</odometryFrame> 
  42.             <odometryTopic>odom</odometryTopic> <!-- 里程计话题 -->
  43.             <robotBaseFrame>base_footprint</robotBaseFrame> <!-- 根坐标系 -->
  44.         </plugin>
  45.     </gazebo>
  46.  
  47. </robot>

1.2 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:

  1. <!-- 组合小车底盘与摄像头 -->
  2. <robot name="my_car_camera" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro">
  3.     <xacro:include filename="my_head.urdf.xacro" />
  4.     <xacro:include filename="my_base.urdf.xacro" />
  5.     <xacro:include filename="my_camera.urdf.xacro" />
  6.     <xacro:include filename="my_laser.urdf.xacro" />
  7.     <xacro:include filename="move.urdf.xacro" />
  8. </robot>

2.编写launch文件：demo03_env.launch

  1. <launch>
  2.     <!--1.需要在参数服务器中载入 urdf -->
  3.     <param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro $(find urdf02_gazebo)/urdf/car.urdf.xacro" />
  4.     <!--2.启动 Gazebo 仿真环境 -->
  5.     <include file="$(find gazebo_ros)/launch/empty_world.launch" >
  6.         <arg name="world_name" value="$(find urdf02_gazebo)/worlds/my_world/model.world" />
  7.     </include>
  8.     <!--3.在 Gazebo 中添加机器人模型 -->
  9.     <node pkg="gazebo_ros" type="spawn_model" name="spawn_model" args="-urdf -model car -param robot_description" />
  10. </launch>
  11.

3.启动 launch 文件

  1. $ source ./devel/setup.bash
  2. $ roslaunch urdf02_gazebo demo03_env.launch

使用 topic list 查看话题列表:

$ rostopic list

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}}'

 机器人开始做圆周运动。

五、rviz查看里程计信息

1.启动 Rviz

launch文件：demo04_sensor.launch

  1. <launch>
  2.     <!-- 启动 rviz -->
  3.     <node pkg="rviz" type="rviz" name="rviz" />
  4.  
  5.     <!-- 关节以及机器人状态发布节点 -->
  6.     <node name="joint_state_publisher" pkg="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher" />
  7.     <node name="robot_state_publisher" pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" />
  8.  
  9. </launch>

$ roslaunch urdf02_gazebo demo04_sensor.launch

 2.添加组件

添加robotmodel和odometry组件

 

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