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ROS入门教程（五）—— RViz仿真

作者：菜鸟追梦旅行 | 2024-05-25 20:28:47

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rviz

上篇文章我们介绍了URDF文件的导出，本文将继上文介绍安装完导出URDF文件后，如何在机器人操作系统(ROS)中显示，并且让它动起来。

目录

前言

RViz机器人模型可视化

launch启动RViz配置文件

Arbotix控制机器人模型运动

前言

ROS中提供了Gazebo与RViz两种仿真软件，本文将机器人模型在RViz仿真环境中可视化，同时利用Arbotix功能包使机器人完成圆周运动。

RViz机器人模型可视化

step1.创建工作空间

Ctrl+Alt+T打开终端分别输入：

  1. mkdir -p helloworld/src
  2. cd helloworld
  3. catkin_make

其中robot_ws为我们命名的工作空间名称，catkin_make是一个编译命令，该编译命令会帮我们创建好我们所需的文件并输出若干日志，成功结果如下：

step2.创建功能包

继续在该终端输入：【启动VS Code】

code .

右键一级src目录选择Create Catkin Package【创建功能包】

输入功能包名称【robot】再输入依赖【urdf xacro】创建结果如下

step1～2若出现问题请学习参考ROS入门教程（三）—— 用C++实现Hello world

step3.覆盖原功能包

将刚新建的robot功能包删除，替换为我们利用sw2urdf插件导出的robot功能包，如下所示：

​

成功结果如下，功能包中包含display.launch文件与robot.urdf文件：

​

为了美观可以将base_link ，left_wheel_link 与right_wheel_link的color标签进行修改，即将34行改为"1 1 1 1"，将74行与132行改为"0.412 0.412 0.412 1"，结果如下所示：【Ctrl+S保存】

​

step4.运行launch文件

按Ctrl+Shift+B执行编译命令，结果如下：

​

按Ctrl+Shift+~启动命令行分别输入:

  1. source ./devel/setup.bash
  2. roslaunch robot display.launch

结果如下所示：

​

step5.在RViz中添加机器人模型

​

step6.修改大地坐标

​

这样我们就成功的在RViz中显示了我们的机器人模型，实现了机器人模型的可视化。

launch启动RViz配置文件

读者可以发现，每次打开RViz都需要添加机器人模型，重新设置大地坐标系这实在是过于复杂，RViz提供了配置文件以适用于不必每次打开都要重新配置RVi：

step1.保存配置文件

按Ctrl+Shift+S保存文件至robot功能包中的config文件夹中，命名为robot.rviz，如下所示：

​

step2.修改launch文件

将display.launch修改为以下：

  1. <launch>
  2.   <arg
  3.     name="model" />
  4.   <param
  5.     name="robot_description"
  6.     textfile="$(find robot)/urdf/robot.urdf" />
  7.   <node
  8.     name="joint_state_publisher_gui"
  9.     pkg="joint_state_publisher_gui"
  10.     type="joint_state_publisher_gui" />
  11.   <node
  12.     name="robot_state_publisher"
  13.     pkg="robot_state_publisher"
  14.     type="robot_state_publisher" />
  15.   <node
  16.     name="rviz"
  17.     pkg="rviz"
  18.     type="rviz"
  19.     args="-d $(find robot)/config/robot.rviz" />
  20. </launch>

这样每次运行该launch文件去启动RViz时就无需添加机器人模型与修改大地坐标了。

Arbotix控制机器人模型运动

step1.安装Arbotix功能包

按Ctrl+Alt+T打开终端输入：

sudo apt install ros-melodic-arbotix

step2.配置yaml文件

在robot功能包下config文件夹中新建文件robot.yaml输入以下：

  1. # 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)....
  2. # 因此，根 name 是 controller
  3. controllers: {
  4.    # 单控制器设置
  5.    base_controller: {
  6.           #类型: 差速控制器
  7.        type: diff_controller,
  8.        #参考坐标
  9.        base_frame_id: base_footprint, 
  10.        #两个轮子之间的间距
  11.        base_width: 0.2,
  12.        #控制频率
  13.        ticks_meter: 2000, 
  14.        #PID控制参数，使机器人车轮快速达到预期速度
  15.        Kp: 12, 
  16.        Kd: 12, 
  17.        Ki: 0, 
  18.        Ko: 50, 
  19.        #加速限制
  20.        accel_limit: 1.0 
  21.     }
  22. }

 结果如下所示：

​

step3.修改URDF与launch文件

将robot功能包下urdf文件夹中的robot.urdf修改为以下：

  1. <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
  2. <!-- This URDF was automatically created by SolidWorks to URDF Exporter! Originally created by Stephen Brawner (brawner@gmail.com) 
  3.      Commit Version: 1.6.0-4-g7f85cfe  Build Version: 1.6.7995.38578
  4.      For more information, please see http://wiki.ros.org/sw_urdf_exporter -->
  5. <robot
  6.   name="robot">
  7.   <link
  8.     name="base_footprint">
  9.     <visual>
  10.       <geometry>
  11.         <sphere
  12.           radius="0.001" />
  13.       </geometry>
  14.       <material
  15.         name="">
  16.         <color
  17.           rgba="0 0 0 0" />
  18.       </material>
  19.     </visual>
  20.   </link>
  21.   <link
  22.     name="base_link">
  23.     <inertial>
  24.       <origin
  25.         xyz="0.00274864430655652 -2.24752503383601E-12 -0.000346282886867658"
  26.         rpy="0 0 0" />
  27.       <mass
  28.         value="0.778495474667087" />
  29.       <inertia
  30.         ixx="0.00463138328383945"
  31.         ixy="1.02152303406231E-11"
  32.         ixz="1.71833341358258E-06"
  33.         iyy="0.00512425828608217"
  34.         iyz="4.71562842897777E-15"
  35.         izz="0.00973908576728839" />
  36.     </inertial>
  37.     <visual>
  38.       <origin
  39.         xyz="0 0 0"
  40.         rpy="0 0 0" />
  41.       <geometry>
  42.         <mesh
  43.           filename="package://robot/meshes/base_link.STL" />
  44.       </geometry>
  45.       <material
  46.         name="">
  47.         <color
  48.           rgba="1 1 1 1" />
  49.       </material>
  50.     </visual>
  51.     <collision>
  52.       <origin
  53.         xyz="0 0 0"
  54.         rpy="0 0 0" />
  55.       <geometry>
  56.         <mesh
  57.           filename="package://robot/meshes/base_link.STL" />
  58.       </geometry>
  59.     </collision>
  60.   </link>
  61.   <joint
  62.     name="base_link2base_footprint"
  63.     type="fixed">
  64.         <parent
  65.           link="base_footprint" />
  66.         <child
  67.           link="base_link" />
  68.         <origin
  69.           xyz="0 0 0.035" />
  70.   </joint>
  71.   <link
  72.     name="right_wheel_link">
  73.     <inertial>
  74.       <origin
  75.         xyz="-4.81191200834309E-07 0.000476524651415774 1.07685290749495E-07"
  76.         rpy="0 0 0" />
  77.       <mass
  78.         value="0.0474080147774195" />
  79.       <inertia
  80.         ixx="1.81764508915246E-05"
  81.         ixy="1.12230898220564E-10"
  82.         ixz="9.35470362535892E-11"
  83.         iyy="3.36082622230467E-05"
  84.         iyz="-1.04867422246077E-10"
  85.         izz="1.81763222441443E-05" />
  86.     </inertial>
  87.     <visual>
  88.       <origin
  89.         xyz="0 0 0"
  90.         rpy="0 0 0" />
  91.       <geometry>
  92.         <mesh
  93.           filename="package://robot/meshes/right_wheel_link.STL" />
  94.       </geometry>
  95.       <material
  96.         name="">
  97.         <color
  98.           rgba="0.412 0.412 0.412 1" />
  99.       </material>
  100.     </visual>
  101.     <collision>
  102.       <origin
  103.         xyz="0 0 0"
  104.         rpy="0 0 0" />
  105.       <geometry>
  106.         <mesh
  107.           filename="package://robot/meshes/right_wheel_link.STL" />
  108.       </geometry>
  109.     </collision>
  110.   </link>
  111.   <joint
  112.     name="right_wheel_joint"
  113.     type="continuous">
  114.     <origin
  115.       xyz="0 0.09545 0"
  116.       rpy="0 0 0" />
  117.     <parent
  118.       link="base_link" />
  119.     <child
  120.       link="right_wheel_link" />
  121.     <axis
  122.       xyz="0 1 0" />
  123.     <limit
  124.       lower="-3.14"
  125.       upper="3.14"
  126.       effort="0"
  127.       velocity="0" />
  128.   </joint>
  129.   <link
  130.     name="left_wheel_link">
  131.     <inertial>
  132.       <origin
  133.         xyz="4.90089018379602E-07 -0.000476524651415788 5.43493115676996E-08"
  134.         rpy="0 0 0" />
  135.       <mass
  136.         value="0.0474080147774195" />
  137.       <inertia
  138.         ixx="1.81764289862563E-05"
  139.         ixy="1.23038640102816E-10"
  140.         ixz="-1.05305567709027E-10"
  141.         iyy="3.36082622230468E-05"
  142.         iyz="9.19480494971147E-11"
  143.         izz="1.81763441494127E-05" />
  144.     </inertial>
  145.     <visual>
  146.       <origin
  147.         xyz="0 0 0"
  148.         rpy="0 0 0" />
  149.       <geometry>
  150.         <mesh
  151.           filename="package://robot/meshes/left_wheel_link.STL" />
  152.       </geometry>
  153.       <material
  154.         name="">
  155.         <color
  156.           rgba="0.412 0.412 0.412 1" />
  157.       </material>
  158.     </visual>
  159.     <collision>
  160.       <origin
  161.         xyz="0 0 0"
  162.         rpy="0 0 0" />
  163.       <geometry>
  164.         <mesh
  165.           filename="package://robot/meshes/left_wheel_link.STL" />
  166.       </geometry>
  167.     </collision>
  168.   </link>
  169.   <joint
  170.     name="left_wheel_joint"
  171.     type="continuous">
  172.     <origin
  173.       xyz="0 -0.09545 0"
  174.       rpy="0 0 0" />
  175.     <parent
  176.       link="base_link" />
  177.     <child
  178.       link="left_wheel_link" />
  179.     <axis
  180.       xyz="0 1 0" />
  181.     <limit
  182.       lower="-3.14"
  183.       upper="3.14"
  184.       effort="0"
  185.       velocity="0" />
  186.   </joint>
  187. </robot>

其中与之前的URDF文件相比，增加了部件base_footprint，将其与base_link连接，读者可以发现，增加base_footprint后机器人正好基于地面了，相比与之前更加的合理，同时也为后续的里程计提供了便利，对比结果如下：

​

​

在此建议读者以后每次建立URDF文件都添加部件base_footprint。

将robot功能包下launch文件夹中的display.launch修改为以下：

  1. <launch>
  2.   <arg
  3.     name="model" />
  4.   <param
  5.     name="robot_description"
  6.     textfile="$(find robot)/urdf/robot.urdf" />
  7.   <node
  8.     name="joint_state_publisher_gui"
  9.     pkg="joint_state_publisher_gui"
  10.     type="joint_state_publisher_gui" />
  11.   <node
  12.     name="robot_state_publisher"
  13.     pkg="robot_state_publisher"
  14.     type="robot_state_publisher" />
  15.   <node
  16.     name="rviz"
  17.     pkg="rviz"
  18.     type="rviz"
  19.     args="-d $(find robot)/config/robot.rviz" />
  20.   <node name="arbotix" pkg="arbotix_python" type="arbotix_driver" output="screen">
  21.      <rosparam file="$(find robot)/config/robot.yaml" command="load" />
  22.      <param name="sim" value="true" />
  23.   </node>
  24. </launch>

step4.在RViz中添加odom里程计

在VS Code集成命令行输入：

  1. source ./devel/setup.bash
  2. roslaunch robot display.launch

 修改大地坐标为odom并添加odom里程计至RViz中：

​

​

step6.发布消息

按Ctrl+Alt+T打开终端输入：

  1. rostopic pub -r 10 /cmd_vel geometry_msgs/Twist "linear:
  2.   x: 1.0
  3.   y: 0.0
  4.   z: 0.0
  5. angular:
  6.   x: 0.0
  7.   y: 0.0
  8.   z: 1.0"

该代码段的旨在10HZ 的频率循环发送运动信息至订阅者，成功结果如下：

​

到这里我们就完成了通过Arbotix功能包实现了机器人模型的运动。

文章预告：ROS入门教程（六）—— Gazebo仿真

资料来源：奥特学院（Autolabor）

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