Gazebo仿真【ROS: noetic】

参考链接：《ROS机器人开发实践》_胡春旭

目标：
了解如何使用URDF文件创建一个机器人模型，然后使用xacro文件优化该模型，并且放置到rviz+ArbotiX或Gazebo仿真环境中，以实现丰富的ROS功能。

4.5 Gazebo仿真环境

1）动力学仿真：支持多种高性能的物理引擎，如ODE、Bullet、SimBody、DART等。2）三维可视化环境：支持显示逼真的三维环境，包括光线、纹理、影子。
3）传感器仿真：支持传感器数据的仿真，同时可以仿真传感器噪声。
4）可扩展插件：用户可以定制化开发插件以扩展Gazebo的功能，满足个性化的需求。
5）多种机器人模型：官方提供PR2、Pioneer2 DX、TurtleBot等机器人模型，当然也可以使用自己创建的机器人模型。
6）TCP/IP传输：Gazebo的后台仿真处理和前台图形显示可以通过网络通信实现远程仿真。
7）云仿真：Gazebo仿真可以在Amazon、Softlayer等云端运行，也可以在自己搭建的云服务器上运行。
8）终端工具：用户可以使用Gazebo提供的命令行工具在终端实现仿真控制。

4.5.2　安装并运行Gazebo
如果已经安装了桌面完整版的ROS，那么可以直接跳过这一步，否则，请使用以下命令进行安装：

sudo apt-get install ros-noetic-gazebo-ros-pkgs ros-noetic-gazebo-ros-control -y

安装完成后，在终端中使用如下命令启动ROS和Gazebo：

roscore
rosrun gazebo_ros gazebo

——————
报错：

rosrun gazebo_ros gazebo

Command 'rosrun' not found, but can be installed with:

sudo apt install rosbash

重新安装

sudo apt install ros-noetic-desktop-full

——————

在这里插入图片描述

验证Gazebo是否与ROS系统成功连接，可以查看ROS的话题列表：

rostopic list
rosservice list

出现 gazebo 相关内容

gazebo --version

Gazebo multi-robot simulator, version 11.11.0

4.5.3　构建仿真环境
1.直接插入模型
模型的加载需要连接国外网站，为了保证模型顺利加载，可以提前将模型文件下载并放置到本地路径~/.gazebo/models下，模型文件的下载地址：https://bitbucket.org/osrf/gazebo_models/downloads/。

2.Building Editor
第二种方法是使用Gazebo提供的Building Editor工具手动绘制地图。在Gazebo菜单栏中选择Edit→Building Editor，可以打开如图4-26所示的Building Editor界面。选择左侧的绘制选项，然后在上侧窗口中使用鼠标绘制，下侧窗口中即可实时显示绘制的仿真环境。

第6章　机器人建模与仿真

在这里插入图片描述

URDF（Unified Robot Description Format，统一机器人描述格式）是ROS中一个非常重要的机器人模型描述格式，ROS同时也提供URDF文件的C++解析器，可以解析URDF文件中使用XML格式描述的机器人模型。

URDF文件中常用的XML标签

6.1.1　`<link>` 标签【刚体杆腿】

<link>标签用于描述机器人某个刚体部分的外观和物理属性，包括尺寸（size）、颜色（color）、形状（shape）、惯性矩阵（inertial matrix）、碰撞参数（collision properties）等。

<link name="<link name>">
<inertial> . . . . . . </inertial>
    <visual> . . . . . . </visual>
    <collision> . . . . . . </collision>
 </link>

<visual>标签用于描述机器人link部分的外观参数，
<inertial>标签用于描述link的惯性参数，
<collision>标签用于描述link的碰撞属性。
在这里插入图片描述
从上图可以看到，检测碰撞的link区域大于外观可视的区域，这就意味着只要有其他物体与collision区域相交，就认为link发生碰撞。

6.1.2　`<joint>`标签【连接两个刚体link】

<joint>标签用于描述机器人关节的运动学和动力学属性，包括关节运动的位置和速度限制。根据机器人的关节运动形式，可以将其分为六种类型

在这里插入图片描述

<joint name="<name of the joint>">
    <parent link="parent_link"/>
    <child link="child_link"/>
    <calibration .... />
    <dynamics damping ..../>
    <limit effort .... />
    ....
</joint>

必须指定joint的parent link和child link
·<calibration>：关节的参考位置，用来校准关节的绝对位置。·<dynamics>：用于描述关节的物理属性，例如阻尼值、物理静摩擦力等，经常在动力学仿真中用到。
·<limit>：用于描述运动的一些极限值，包括关节运动的上下限位置、速度限制、力矩限制等。
·<mimic>：用于描述该关节与已有关节的关系。·<safety_controller>：用于描述安全控制器参数。
在这里插入图片描述

6.1.3　`<robot>`标签

<robot>是完整机器人模型的最顶层标签，<link>和<joint>标签都必须包含在<robot>标签内。如图6-3所示，一个完整的机器人模型由一系列<link>和<joint>组成。
在这里插入图片描述

<robot name="<name of the robot>">
    <link> ....... </link>
    <link> ....... </link>
    <joint> ....... </joint>
    <joint> ....... </joint>
</robot>

6.1.4　`<gazebo>`标签

<gazebo>标签用于描述机器人模型在Gazebo中仿真所需要的参数，包括机器人材料的属性、Gazebo插件等。该标签不是机器人模型必需的部分，只有在Gazebo仿真时才需加入。

<gazebo reference="link_1">
    <material>Gazebo/Black</material>
</gazebo>

6.2　创建机器人URDF模型

在ROS中，机器人的模型一般放在RobotName_description功能包下。
6.2.1　创建机器人描述功能包

这里直接下载配套源码了
下载仓库特定文件夹的网站
github仓库链接

这里下载Gazebo仿真相关的

https://github.com/huchunxu/ros_exploring/tree/master/robot_mrobot

在这里插入图片描述
mrobot_description功能包中包含urdf、meshes、launch和config四个文件夹。
·urdf：用于存放机器人模型的URDF或xacro文件。
·meshes：用于放置URDF中引用的模型渲染文件。
·launch：用于保存相关启动文件。
·config：用于保存rviz的配置文件。

2、创建机器人描述功能包 mrobot_description

进入代码空间，使用catkin_create_pkg命令创建功能包

# 命令格式
catkin_create_pkg <package_name> [depend1] [depend2] [depend3]

cd ~/catkin_ws/src
catkin_create_pkg mrobot_description urdf xacro

回到工作空间的根目录下进行编译(命令行cd)，并且设置环境变量

cd ~/catkin_ws
catkin_make -DCATKIN_WHITELIST_PACKAGES="mrobot_description" 
source ~/catkin_ws/devel/setup.bash

3、创建URDF模型

mrobot_description/urdf/mrobot_chassis.urdf

urdf文件检查

URDF提供了一些命令行工具，可以帮助我们检查、梳理模型文件，需要在终端中独立安装：

sudo apt-get install liburdfdom-tools

然后使用check_urdf命令对mrobot_chassis.urdf文件进行检查：

check_urdf mrobot_chassis.urdf

在这里插入图片描述
还可以使用urdf_to_graphiz命令查看URDF模型的整体结构：

urdf_to_graphiz mrobot_chassis.urdf

在这里插入图片描述
用火狐浏览器打开查看

firefox mrobot_chassis.pdf

在这里插入图片描述

6.2.4　在rviz中显示模型

mrobot_description/launch/display_mrobot_chassis_urdf.launch

cd ~/catkin_ws
catkin_make
source ~/catkin_ws/devel/setup.bash

【Tips】只编译特定功能包

在双引号里添加要编译的1-N个包

catkin_make -DCATKIN_WHITELIST_PACKAGES=""

打开终端运行该launch文件

roslaunch mrobot_description display_mrobot_chassis_urdf.launch

——————
报错：

process[joint_state_publisher-1]: started with pid [30971]
ERROR: cannot launch node of type [robot_state_publisher/state_publisher]: Cannot locate node of type [state_publisher] in package [robot_state_publisher]. Make sure file exists in package path and permission is set to executable (chmod +x)
process[rviz-3]: started with pid [30972]

在这里插入图片描述
重新编译

————————
在这里插入图片描述

这个机器人底盘模型有7个link和6个joint。7个link包括1个机器人底板、2个电机、2个驱动轮和2个万向轮；6个joint负责将驱动轮、万向轮、电机安装到底板上，并设置相应的连接方式。

6.3　改进的URDF模型 —— xacro

针对URDF模型产生了另外一种精简化、可复用、模块化的描述形式——xacro

xacro是URDF的升级版，模型文件的后缀名由.urdf变为.xacro，而且在模型<robot>标签中需要加入xacro的声明：

<?xml version="1.0"?>
<robot name="robot_name" xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro>"

xacro提供了一种常量属性的定义方式

<xacro:property name="M_PI" value="3.14159"/>

当需要使用该常量时，使用如下语法调用即可：

<origin xyz="0 0 0" rpy="${M_PI/2} 0 0" />

如果改动机器人模型，只需要修改这些参数即可，十分方便。

类似于编程语言的常量定义

2.调用数学公式 ${}

<origin xyz="0 ${(motor_length+wheel_length)/2} 0" rpy="0 0 0"/>

3.使用宏定义
在xacro中，相同的模型就可以通过定义一种宏定义模块的方式来重复使用。

<xacro:macro name="mrobot_standoff_2in" params="parent number x_loc y_loc z_loc">
    <joint name="standoff_2in_${number}_joint" type="fixed">
        <origin xyz="${x_loc} ${y_loc} ${z_loc}" rpy="0 0 0" />
        <parent link="${parent}"/>
        <child link="standoff_2in_${number}_link" />
    </joint>
    <link name="standoff_2in_${number}_link">
        <inertial>
            <mass value="0.001" />
            <origin xyz="0 0 0" />
            <inertia ixx="0.0001" ixy="0.0" ixz="0.0"
                     iyy="0.0001" iyz="0.0"
                     izz="0.0001" />
        </inertial>
        <visual>
            <origin xyz=" 0 0 0 " rpy="0 0 0" />
            <geometry>
                <box size="0.01 0.01 0.07" />
            </geometry>
            <material name="black">
                <color rgba="0.16 0.17 0.15 0.9"/>
            </material>
        </visual>
        <collision>
            <origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="0 0 0" />
            <geometry>
                <box size="0.01 0.01 0.07" />
            </geometry>
        </collision>
    </link>
</xacro:macro>

以上宏定义中包含五个输入参数：joint的parent link，支撑柱的序号，支撑柱在x、y、z三个方向上的偏移。需要该宏模块时，使用如下语句调用，设置输入参数即可：

<mrobot_standoff_2in parent="base_link" number="4" x_loc="${standoff_x/2}" y_loc="${standoff_y}" z_loc="${plate_height/2}"/>

类似于函数调用

改进后的机器人模型文件是mrobot_description/urdf/mrobot.urdf.xacro

<?xml version="1.0"?>
<robot name="mrobot" xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro">
    <xacro:include filename="$(find mrobot_description)/urdf/mrobot_body.urdf.xacro" /> <!--include-->
    <!-- MRobot机器人平台 noetic 需要添加 xacro:-->
    <xacro:mrobot_body/>   <!- -使用被包含文件中的 模块了。-->
</robot>

后续在机器人模型上装配camera、Kinect、rplidar，只需要修改这里的mrobot.urdf.xacro即可。

6.3.4　显示.xacro 模型

2.直接调用xacro文件解析器
在launch文件中使用如下语句进行配置：

<arg name="model" default="$(find xacro)/xacro --inorder '$(find mrobot_description)/urdf/mrobot.urdf.xacro'" />
<param name="robot_description" command="$(arg model)" />

mrobot_description/launch/display_mrobot.launch

cd ~/catkin_ws
catkin_make -DCATKIN_WHITELIST_PACKAGES="mrobot_description"
source ~/catkin_ws/devel/setup.bash

roscore
roslaunch mrobot_description display_mrobot.launch

——————
报错：

[ERROR] [1697388543.187372261]: No link elements found in urdf file
[robot_state_publisher-2] process has died [pid 2727, exit code 1, cmd /opt/ros/noetic/lib/robot_state_publisher/robot_state_publisher __name:=robot_state_publisher __log:=/home/xixi/.ros/log/98026536-6b78-11ee-8243-677912ec5555/robot_state_publisher-2.log].
log file: /home/xixi/.ros/log/98026536-6b78-11ee-8243-677912ec5555/robot_state_publisher-2*.log
[ERROR] [1697388546.817232894]: No link elements found in urdf file

代码有误，修改即可
在这里插入图片描述
——————————

——————

1.将xacro文件转换成URDF文件
使用如下命令可以将xacro文件转换成URDF文件：

rosrun xacro xacro.py mrobot.urdf.xacro > mrobot.urdf

当前目录下会生成一个转化后的URDF文件，然后使用上面介绍的launch文件可将该URDF模型显示在rviz中。

6.4　添加传感器模型

6.4.1　添加摄像头

笔者仿照真实摄像头画了一个长方体，以此代表摄像头模型。对应的模型文件是mrobot_description/urdf/camera.xacro：

然后还需要创建一个顶层xacro文件，把机器人和摄像头这两个模块拼装在一起。顶层xacro文件mrobot_description/urdf/mrobot_with_camera.urdf.xacro
在这里插入图片描述

运行如下命令，在rviz中查看安装有摄像头的机器人模型

roslaunch mrobot_description display_mrobot_with_camera.launch

在这里插入图片描述

也可以在Solidworks等软件中创建更加形象、具体的传感器模型，然后转换成URDF模型格式装配到机器人上。

6.4.2　添加Kinect

Kinect是一种常用的RGB-D摄像头，三维模型文件kinect.dae可以在TurtleBot功能包中找到。
Kinect模型描述文件mrobot_description/urdf/kinect.xacro
然后将Kinect和机器人拼装到一起，顶层xacro文件mrobot_description/launch/mrobot_with_kinect.urdf.xacro
运行如下命令，即可在rviz中看到安装有Kinect的机器人模型了
在这里插入图片描述

roslaunch mrobot_description display_mrobot_with_kinect.launch

先修正之前类似的错误
在这里插入图片描述

6.4.3　添加激光雷达

激光雷达的模型文件mrobot_description/urdf/rplidar.xacro，顶层装配文件为mrobot_description/launch/mrobot_with_rplidar.urdf.xacro。

运行以下命令，即可看到安装有激光雷达的机器人模型

roslaunch mrobot_description display_mrobot_with_laser.launch   ## 改动了

在这里插入图片描述

RLException: [display_mrobot_with_rplidar.launch] is neither a launch file in package [mrobot_description] nor is [mrobot_description] a launch file name
The traceback for the exception was written to the log file

这里是源码的 launch 文件命名和书里不一致。改成源码的即可。或重命名源码里的文件display_mrobot_with_laser.launch 为 display_mrobot_with_rplidar.launch
可能解决参考链接

在这里插入图片描述

6.5　基于ArbotiX和rviz的仿真器【实现机器人在rviz中运动】

ArbotiX是一款控制电机、舵机的控制板，并提供相应的ROS功能包。
提供一个差速控制器，通过接收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。

6.5.1　安装ArbotiX
查看该功能包是否已在ROS里

rospack find arbotix

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

直接下载了。。。这是一个功能包，所以放到 ~/catkin_ws/src 里

编译

cd ~/catkin_ws
catkin_make -DCATKIN_WHITELIST_PACKAGES="arbotix_ros-noetic-devel"
source ~/catkin_ws/devel/setup.bash

使用如下命令安装缺失的功能包
注意ROS版本

sudo apt-get install ros-noetic-arbotix-python -y

安装完了之后设置一下环境变量（如果你已经把设置环境变量的命令写入~/.bashrc中，就不需要了）

source ~/catkin_ws/devel/setup.bash

6.5.2　配置ArbotiX控制器
只需要创建一个启动ArbotiX节点的launch文件，再创建一个控制器相关的配置文件即可。

1.创建launch文件
以装配了Kinect的机器人模型为例，创建启动ArbotiX节点的launch文件mrobot_description/launch/arbotix_mrobot_with_kinect.launch

在这里插入图片描述

2.创建配置文件
配置文件mrobot_description/config/fake_mrobot_arbotix.yaml

6.5.3　运行仿真环境

cd ~/catkin_ws
catkin_make -DCATKIN_WHITELIST_PACKAGES="mrobot_description"
source ~/catkin_ws/devel/setup.bash

roscore

roslaunch mrobot_description arbotix_mrobot_with_kinect.launch

——————
报错1：

[arbotix-1] process has died [pid 2527, exit code 1, cmd /home/xixi/catkin_ws/src/arbotix_ros-noetic-devel/arbotix_python/bin/arbotix_driver __name:=arbotix __log:=/home/xixi/.ros/log/72f71cd8-6bfe-11ee-94ca-337d47f998b4/arbotix-1.log].
log file: /home/xixi/.ros/log/72f71cd8-6bfe-11ee-94ca-337d47f998b4/arbotix-1*.log

源码有误
在这里插入图片描述
报错2：

raceback (most recent call last):
  File "/home/xixi/catkin_ws/src/arbotix_ros-noetic-devel/arbotix_python/bin/arbotix_driver", line 33, in <module>
    from arbotix_msgs.msg import *
ModuleNotFoundError: No module named 'arbotix_msgs'

[arbotix-1] process has died [pid 4164, exit code 1, cmd /home/xixi/catkin_ws/src/arbotix_ros-noetic-devel/arbotix_python/bin/arbotix_driver __name:=arbotix __log:=/home/xixi/.ros/log/963bd808-6c1e-11ee-94ca-337d47f998b4/arbotix-1.log].
log file: /home/xixi/.ros/log/963bd808-6c1e-11ee-94ca-337d47f998b4/arbotix-1*.log

解决办法：使用如下命令安装缺失的功能包
注意ROS版本

sudo apt-get install ros-noetic-arbotix-python -y

安装完了之后设置一下环境变量（如果你已经把设置环境变量的命令写入~/.bashrc中，就不需要了）

source ~/catkin_ws/devel/setup.bash

————————————
在这里插入图片描述

————————无关 Start ————————
查看python 版本

python --version

Python 3.8.10

whereis python3

在这里插入图片描述

【Tips】建立路径间的链接 Linux命令

sudo ln -s /usr/bin/python3 另一路径

————————无关 End ————————
——————

运行键盘控制程序，然后在终端中根据提示信息点击键盘，就可以控制rviz中的机器人模型运动了。
是另一个功能包，需要先编译

cd ~/catkin_ws
catkin_make -DCATKIN_WHITELIST_PACKAGES="mrobot_teleop"
source ~/catkin_ws/devel/setup.bash

roslaunch mrobot_teleop mrobot_teleop.launch

——————
报错1：

ERROR: cannot launch node of type [mrobot_teleop/mrobot_teleop.py]: Cannot locate node of type [mrobot_teleop.py] in package [mrobot_teleop]. Make sure file exists in package path and permission is set to executable (chmod +x)

转到→ mrobot_teleop
chmod 777 mrobot_teleop.py
在这里插入图片描述

chmod 777 mrobot_teleop.py

在这里插入图片描述
报错2：

  File "/home/xixi/catkin_ws/src/mrobot_teleop/scripts/mrobot_teleop.py", line 77
    print msg
          ^
SyntaxError: Missing parentheses in call to 'print'. Did you mean print(msg)?

据说这本书的作者当时使用的Python版本是2.7。所以是python2的语法
改成Python3的语法即可

注意一共5处，都要改
在这里插入图片描述

——————

在这里插入图片描述

如何使用URDF文件创建一个机器人模型，然后使用xacro文件优化该模型，并且放置到rviz+ArbotiX或Gazebo仿真环境中，以实现丰富的ROS功能。

6.6　ros_control

在这里插入图片描述

创建控制器的具体方法可以参考wiki：https://github.com/ros-controls/ros_control/wiki/controller_interface

传动系统（Transmission）可以将机器人的关节指令转换成执行器的控制信号。
可以在机器人的URDF模型文件中按照以下方法配置：

<transmission name="simple_trans">
    <type>transmission_interface/SimpleTransmission</type>
    <joint name="foo_joint">
        <hardwareInterface>EffortJointInterface</hardwareInterface>
    </joint>
    <actuator name="foo_motor">
        <mechanicalReduction>50</mechanicalReduction>
        <hardwareInterface>EffortJointInterface</hardwareInterface>
    </actuator>
</transmission>

可以使用如下方式在URDF中设置关节约束（Joint Limits）参数

<joint name="$foo_joint" type="revolute">
    <!-- other joint description elements -->
    <!-- Joint limits -->
    <limit lower="0.0" upper="1.0" effort="10.0"  ="5.0" />
    <!-- Soft limits -->
    <safety_controller k_position="100" k_velocity="10"
                     soft_lower_limit="0.1" soft_upper_limit="0.9" /> 
</joint>

还有一些参数需要通过YAML配置文件事先加载到参数服务器中，YAML文件的格式如下：

joint_limits:
    foo_joint:
        has_position_limits: true
        min_position: 0.0
        max_position: 1.0
        has_velocity_limits: true
        max_velocity: 2.0
        has_acceleration_limits: true
        max_acceleration: 5.0
        has_jerk_limits: true
        max_jerk: 100.0
        has_effort_limits: true
        max_effort: 5.0
    bar_joint:
        has_position_limits: false # Continuous joint
        has_velocity_limits: true
        max_velocity: 4.0

6.6.6　控制器管理器
1.命令行工具
controller_manager命令的格式为：

rosrun controller_manager controller_manager <command> <controller_name>

支持的<command>如下：
·load：加载一个控制器。
·unload：卸载一个控制器。
·start：启动控制器。
·stop：停止控制器。
·spawn：加载并启动一个控制器。
·kill：停止并卸载一个控制器。

如果希望查看某个控制器的状态，可以使用如下命令：

rosrun controller_manager controller_manager <command>

支持的<command>如下：
·list：根据执行顺序列出所有控制器，并显示每个控制器的状态。
·list-types：显示所有控制器的类型。
·reload-libraries：以插件的形式重载所有控制器的库，不需要重新启动，方便对控制器的开发和测试。
·reload-libraries–restore：以插件的形式重载所有控制器的库，并恢复到初始状态。

使用spawner命令一次控制多个控制器：

rosrun controller_manager spawner [--stopped] name1 name2 name3

停止一系列控制器，但是不需要卸载，可以使用如下命令：

rosrun controller_manager unspawner name1 name2 name3

2.launch工具

<launch>
    <node pkg="controller_manager" type="spawner" args="controller_name1 controller_name2" />
</launch>

以上launch文件会加载并启动controller，如果只需加载不必启动，可以使用以下配置：

<launch>
     <node pkg="controller_manager" type="spawner" args="--stopped controller_name1 controller_name2" />
</launch>

3.可视化工具rqt_controller_manager

rosrun rqt_controller_manager rqt_controller_manager

6.7 Gazebo仿真

6.7.1　机器人模型添加Gazebo属性

首先我们需要确保每个link的<inertia>元素已经进行了合理的设置，然后要为每个必要的<link>、<joint>、<robot>设置<gazebo>标签。<gazebo>标签是URDF模型中描述gazebo仿真时所需要的扩展属性。

1、为link添加`<gazebo>`标签

针对机器人模型，需要对每一个link添加<gazebo>标签，包含的属性仅有material。
material属性的作用与link里<visual>中material属性的作用相同，Gazebo无法通过<visual>中的material参数设置外观颜色，所以需要单独设置，否则默认情况下Gazebo中显示的模型全是灰白色。

<gazebo reference="wheel_${lr}_link">
    <material>Gazebo/Black</material>
</gazebo>

2、添加传动装置与joint绑定

为了使用ROS控制器驱动机器人，需要在模型中加入<transmission>元素，将传动装置与joint绑定：

<transmission name="wheel_${lr}_joint_trans">
    <type>transmission_interface/SimpleTransmission</type> <!--传动装置类型-->
    <joint name="base_to_wheel_${lr}_joint" />
    <actuator name="wheel_${lr}_joint_motor">
        <hardwareInterface>VelocityJointInterface</hardwareInterface> <!--硬件接口类型：速度控制接口-->
        <mechanicalReduction>1</mechanicalReduction>
    </actuator>
</transmission>

3、添加Gazebo控制器插件 libgazeboXXX.so

Gazebo插件可以根据插件的作用范围应用到URDF模型的<robot>、<link>、<joint>上，需要使用<gazebo>标签作为封装。
（1）为<robot>元素添加插件

<gazebo>
    <plugin name="unique_name" filename="plugin_name.so">
        ... plugin parameters ...
    </plugin>
</gazebo>

（2）为<link>、<joint>标签添加插件
需要设置<gazebo>标签中的reference="x"属性：

<gazebo reference="your_link_name">
    <plugin name=" unique_name " filename="plugin_name.so">
        ... plugin parameters ...
    </plugin>
</gazebo>

Gazebo已经提供了一个用于差速控制的插件libgazebo_ros_diff_drive.so，可以将其应用到现有的机器人模型上。在mrobot_gazebo/urdf/mrobot_body.urdf.xacro文件中添加如下插件声明：

<!-- controller -->
<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>base_to_wheel_left_joint</leftJoint>
        <rightJoint>base_to_wheel_right_joint</rightJoint>
        <wheelSeparation>${base_link_radius*2}</wheelSeparation>
        <wheelDiameter>${2*wheel_radius}</wheelDiameter>
        <broadcastTF>1</broadcastTF>
        <wheelTorque>30</wheelTorque>
        <wheelAcceleration>1.8</wheelAcceleration>
        <commandTopic>cmd_vel</commandTopic>
        <odometryFrame>odom</odometryFrame> 
        <odometryTopic>odom</odometryTopic> 
        <robotBaseFrame>base_footprint</robotBaseFrame>
    </plugin>
</gazebo>

在加载差速控制器插件的过程中，需要配置一系列参数，其中比较关键的参数如下。
·<robotNamespace>：机器人的命名空间，插件所有数据的发布、订阅都在该命名空间下。
·<leftJoint>和<rightJoint>：左右轮转动的关节joint，控制器插件最终需要控制这两个joint转动。
·<wheelSeparation>和<wheelDiameter>：这是机器人模型的相关尺寸，在计算差速参数时需要用到。
·<wheelAcceleration>：车轮转动的加速度。
·<commandTopic>：控制器订阅的速度控制指令，ROS中一般都命名为cmd_vel，生成全局命名时需要结合<robotNamespace>中设置的命名空间。
·<odometryFrame>：里程计数据的参考坐标系，ROS中一般都命名为odom。

6.7.2　在Gazebo中显示机器人模型

必要的准备工作：
模型的加载需要连接国外网站，为了保证模型顺利加载，可以提前将模型文件下载并放置到本地路径~/.gazebo/models下，模型文件的下载地址：https://github.com/osrf/gazebo_models/。
在这里插入图片描述
注意修改文件名称
或

mv gazebo_models/～/.gazebo/models/

创建一个启动文件robot_mrobot/mrobot_gazebo/view_mrobot_gazebo.launch，运行Gazebo，加载机器人模型，并且启动一些必要的节点：

<launch>

    <!-- 设置launch文件的参数 -->
    <arg name="world_name" value="$(find mrobot_gazebo)/worlds/playground.world"/> <!--环境为 playground.world-->
    <arg name="paused" default="false"/>
    <arg name="use_sim_time" default="true"/>
    <arg name="gui" default="true"/>
    <arg name="headless" default="false"/>
    <arg name="debug" default="false"/>

    <!-- 运行Gazebo仿真环境 -->
    <include file="$(find gazebo_ros)/launch/empty_world.launch">
        <arg name="world_name" value="$(arg world_name)" />
        <arg name="debug" value="$(arg debug)" />
        <arg name="gui" value="$(arg gui)" />
        <arg name="paused" value="$(arg paused)"/>
        <arg name="use_sim_time" value="$(arg use_sim_time)"/>
        <arg name="headless" value="$(arg headless)"/>
    </include>

    <!-- 加载机器人模型描述参数 -->
    <param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro --inorder '$(find mrobot_gazebo)/urdf/mrobot.urdf.xacro'" />  <!--机器人 mrobot.urdf.xacro-->

    <!-- 运行joint_state_publisher节点，发布机器人的关节状态  -->
    <node name="joint_state_publisher" pkg="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher" ></node> 

    <!-- 运行robot_state_publisher节点，发布TF  -->
    <node name="robot_state_publisher" pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher"  output="screen" >
        <param name="publish_frequency" type="double" value="50.0" />
    </node>

    <!-- 在gazebo中加载机器人模型-->
    <node name="urdf_spawner" pkg="gazebo_ros" type="spawn_model" respawn= "false" output="screen"
          args="-urdf -model mrobot -param robot_description"/> 

</launch>

以上launch文件主要做了两项工作：
1）启动机器人的状态发布节点，同时加载带有Gazebo属性的机器人URDF模型。
2）启动Gazebo，并且将机器人模型加载到Gazebo仿真环境中。

编译功能包

cd ~/catkin_ws
catkin_make -DCATKIN_WHITELIST_PACKAGES="mrobot_gazebo"
source ~/catkin_ws/devel/setup.bash

roscore

启动这个launch文件

roslaunch mrobot_gazebo view_mrobot_gazebo.launch

在这里插入图片描述

有点像 3轮车

——————————
在这里插入图片描述
参考链接

改动：
在这里插入图片描述

cylinder_inertial_matrix；sphere_inertial_matrix；wheel；caster；前添加xacro:。
cylinder_inertial_matrix 3处(Line93、Line152、Line236)
sphere_inertial_matrix 1处 (Line135)
wheel 2处 (Line257、Line258)
caster 1处（Line261）
——————

6.7.3　控制机器人在Gazebo中运动

查看系统当前的话题列表
在这里插入图片描述

编译功能包

cd ~/catkin_ws
catkin_make -DCATKIN_WHITELIST_PACKAGES="mrobot_teleop"
source ~/catkin_ws/devel/setup.bash

roscore

roslaunch mrobot_teleop mrobot_teleop.launch

i: 直走
o: 左转
u: 右转

6.7.4　摄像头仿真

rviz+ArbotiX搭建的机器人仿真环境中，机器人装配了多种传感器模型，但是这些模型并无法获取任何环境数据。

1.为摄像头模型添加Gazebo插件
复制mrobot_description中的传感器模型到mrobot_gazebo包中，然后在摄像头的模型文件mrobot_gazebo/urdf/camera.xacro中添加<gazebo>的相关标签

<gazebo reference="${prefix}_link">
    <material>Gazebo/Black</material>
</gazebo>

<gazebo reference="${prefix}_link">
    <sensor type="camera" name="camera_node">
        <update_rate>30.0</update_rate>
        <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>
        <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_link</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>

2.运行仿真环境
编译功能包

cd ~/catkin_ws
catkin_make -DCATKIN_WHITELIST_PACKAGES="mrobot_gazebo"
source ~/catkin_ws/devel/setup.bash

roscore

roslaunch mrobot_gazebo view_mrobot_with_camera_gazebo.launch

——————
在这里插入图片描述

[ERROR] [1697488036.591656431]: Failed to build tree: parent link [plate_2_link] of joint [camera_joint] not found.  This is not valid according to the URDF spec. Every link you refer to from a joint needs to be explicitly defined in the robot description. To fix this problem you can either remove this joint [camera_joint] from your urdf file, or add "<link name="plate_2_link" />" to your urdf file.
[robot_state_publisher-4] process has died [pid 22909, exit code 1, cmd /opt/ros/noetic/lib/robot_state_publisher/robot_state_publisher __name:=robot_state_publisher __log:=/home/xixi/.ros/log/5bed6fe2-6c62-11ee-94ca-337d47f998b4/robot_state_publisher-4.log].
log file: /home/xixi/.ros/log/5bed6fe2-6c62-11ee-94ca-337d47f998b4/robot_state_publisher-4*.log

在这里插入图片描述

————————
查看当前系统中的话题列表

rostopic list

在这里插入图片描述

使用rqt工具查看当前机器人眼前的世界：

rqt_image_view

选择仿真摄像头发布的图像话题/camera/image_raw
在这里插入图片描述

————————

调整视线

roslaunch mrobot_teleop mrobot_teleop.launch

byzanz-record -x 72 -y 64 -w 1848 -h 893  -d 20 --delay=5 -c  /home/xixi/Mymymy/myGIF/test.gif

在这里插入图片描述

6.7.5　Kinect仿真

1.为Kinect模型添加Gazebo插件
2.运行仿真环境

改动：
在这里插入图片描述

编译功能包

cd ~/catkin_ws
catkin_make -DCATKIN_WHITELIST_PACKAGES="mrobot_gazebo"
source ~/catkin_ws/devel/setup.bash

roscore

roslaunch mrobot_gazebo view_mrobot_with_kinect_gazebo.launch

使用如下命令打开rviz，查看Kinect的点云数据：

rosrun rviz rviz

在rviz中需要设置“Fixed Frame”为“camera_frame_optical”，然后添加一个PointCloud2类型的插件，修改插件订阅的话题为/camera/depth/points
在这里插入图片描述
————————

调整视线

roslaunch mrobot_teleop mrobot_teleop.launch

byzanz-record -x 72 -y 64 -w 1848 -h 893  -d 30 --delay=5 -c  /home/xixi/Mymymy/myGIF/test.gif

在这里插入图片描述

6.7.6　激光雷达仿真

1.为rplidar模型添加Gazebo插件
2.运行仿真环境

改动:
在这里插入图片描述
编译功能包

cd ~/catkin_ws
catkin_make -DCATKIN_WHITELIST_PACKAGES="mrobot_gazebo"
source ~/catkin_ws/devel/setup.bash

roscore

roslaunch mrobot_gazebo view_mrobot_with_laser_gazebo.launch

使用如下命令打开rviz，查看rplidar的激光数据：

rosrun rviz rviz

在rviz中设置“Fixed Frame”为“base_footprint”，然后添加一个LaserScan类型的插件，修改插件订阅的话题为“/scan”，就可以看到界面中的激光数据了

调整位置

roslaunch mrobot_teleop mrobot_teleop.launch

byzanz-record -x 72 -y 64 -w 1848 -h 893  -d 30 --delay=5 -c  /home/xixi/Mymymy/myGIF/test.gif

在这里插入图片描述

——————— 以下非正文 ———————

5.3.2 Gazebo仿真器中的环境模型
参考链接

Gazebo仿真器中的模型可以分为两部分，第一部分是环境模型，第二部分是机器人模型。环境模型在Gazebo仿真器中也称为“world”，它的构建比较简单，可以直接使用Gazebo仿真器提供的模型，也可以通过Gazebo仿真器中的模型编辑器构建模型。机器人模型部分内容较多
下载完成后将模型目录拷贝到～/.gazebo目录下并命名为models，即：

mv gazebo_models/ ～/.gazebo/models/

由于.gazebo目录为隐藏目录，所以暂时还看不到这个目录，单击右键选择“Show hidden files”显示隐藏文件

将配置好的场景保存为world文件

在URDF文件中最顶层的标签是<robot>标签，用于说明这是一个机器人描述文件，类似于launch文件中<launch>标签。和模型的描述密切相关的标签有两个，即<link>【具有惯性、视觉特征和碰撞属性的刚体。腿】和<joint>
<link>标签的子标签包含<inertial>（惯性特征）、<visual>（可视化特征）以及<collision>（碰撞特征）

在这里插入图片描述

<joint>的子标签中包括了必需的<parent>（父link）、<child>（子link）和可选的<origin>（父子link）坐标变换，以及<axis>（旋转轴）、<calibration>（的参考点）、<dynamics>（<joint>的物理特性）、<limit>（<joint>为受限类型时运动的范围）、<mimic>（模仿已存在的<joint>）、<safety_controller>（安全控制限制）。