文章目录

前言
1. 机器人运动控制以及里程计信息显示
- 1.1 ros_control 简介
- 1.2 运动控制实现流程(Gazebo)
- - 1.2.1 为 joint 添加传动装置以及控制器
  - 1.2.2 xacro文件集成
  - 1.2.3 启动 gazebo并控制机器人运动
2. 雷达信息仿真以及显示
- 2.1 新建 Xacro 文件，配置雷达传感器信息
- 2.2 xacro 文件集成
- 2.3 启动仿真环境
3. 摄像头信息仿真以及显示
- 3.1 新建 Xacro 文件，配置摄像头传感器信息
- 3.2 xacro 文件集成
- 3.3 运行
4. kinect信息仿真以及显示
- 4.1 新建 Xacro 文件，配置 kinetic传感器信息
- 4.2 xacro 文件集成
- 4.3 运行
- 4.4 kinect 点云数据显示

前言

📢本系列将依托赵虚左老师的ROS课程，写下自己的一些心得与笔记。
📢课程链接:https://www.bilibili.com/video/BV1Ci4y1L7ZZ
📢讲义链接:http://www.autolabor.com.cn/book/ROSTutorials/index.html
📢 文章可能存在疏漏的地方，恳请大家指出。

1. 机器人运动控制以及里程计信息显示

1.1 ros_control 简介

保证 ROS 程序的可移植性
ros_control:是一组软件包，它包含了控制器接口，控制器管理器，传输和硬件接口。ros_control 是一套机器人控制的中间件，是一套规范，不同的机器人平台只要按照这套规范实现，那么就可以保证与ROS 程序兼容，通过这套规范，实现了一种可插拔的架构设计，大大提高了程序设计的效率与灵活性。

1.2 运动控制实现流程(Gazebo)

承上，运动控制基本流程:

已经创建完毕的机器人模型，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
将此文件集成进xacro文件
启动 Gazebo 并发布 /cmd_vel 消息控制机器人运动

1.2.1 为 joint 添加传动装置以及控制器

两轮差速配置

<robot name="my_car_move" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro">

    <!-- 传动实现:用于连接控制器与关节 -->
    <xacro:macro name="joint_trans" params="joint_name">
        <!-- Transmission is important to link the joints and the controller -->
        <transmission name="${joint_name}_trans">
            <type>transmission_interface/SimpleTransmission</type>
            <joint name="${joint_name}">
                <hardwareInterface>hardware_interface/VelocityJointInterface</hardwareInterface>
            </joint>
            <actuator name="${joint_name}_motor">
                <hardwareInterface>hardware_interface/VelocityJointInterface</hardwareInterface>
                <mechanicalReduction>1</mechanicalReduction>
            </actuator>
        </transmission>
    </xacro:macro>

    <!-- 每一个驱动轮都需要配置传动装置 -->
    <xacro:joint_trans joint_name="left_wheel2base_link" />
    <xacro:joint_trans joint_name="right_wheel2base_link" />

    <!-- 控制器 -->
    <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>left_wheel2base_link</leftJoint> <!-- 左轮 -->
            <rightJoint>right_wheel2base_link</rightJoint> <!-- 右轮 -->
            <wheelSeparation>${base_link_radius * 2}</wheelSeparation> <!-- 车轮间距 -->
            <wheelDiameter>${wheel_radius * 2}</wheelDiameter> <!-- 车轮直径 -->
            <broadcastTF>1</broadcastTF>
            <wheelTorque>30</wheelTorque>
            <wheelAcceleration>1.8</wheelAcceleration>
            <commandTopic>cmd_vel</commandTopic> <!-- 运动控制话题 -->
            <odometryFrame>odom</odometryFrame> 
            <odometryTopic>odom</odometryTopic> <!-- 里程计话题 -->
            <robotBaseFrame>base_footprint</robotBaseFrame> <!-- 根坐标系 -->
        </plugin>
    </gazebo>

</robot>

依据驱动轮的xacro文件,将此处的joint名称改为驱动轮关节的名称.

<xacro:joint_trans joint_name="left_wheel2base_link" />
<xacro:joint_trans joint_name="right_wheel2base_link" />

同理,此处也要进行修改

            <leftJoint>left_wheel2base_link</leftJoint> 
            <rightJoint>right_wheel2base_link</rightJoint>

车轮间距与车轮直径也需修改

         <wheelSeparation>${base_link_radius * 2}</wheelSeparation> <!-- 车轮间距 -->
            <wheelDiameter>${wheel_radius * 2}</wheelDiameter> <!-- 车轮直径 -->

在这里插入图片描述

1.2.2 xacro文件集成

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

1.2.3 启动 gazebo并控制机器人运动

<launch>

    <!-- 将 Urdf 文件的内容加载到参数服务器 -->
    <param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro $(find demo02_urdf_gazebo)/urdf/xacro/my_base_camera_laser.urdf.xacro" />
    <!-- 启动 gazebo -->
    <include file="$(find gazebo_ros)/launch/empty_world.launch">
        <arg name="world_name" value="$(find demo02_urdf_gazebo)/worlds/hello.world" />
    </include>

    <!-- 在 gazebo 中显示机器人模型 -->
    <node pkg="gazebo_ros" type="spawn_model" name="model" args="-urdf -model mycar -param robot_description"  />
</launch>

2. 雷达信息仿真以及显示

雷达仿真基本流程:

已经创建完毕的机器人模型，编写一个单独的 xacro 文件，为机器人模型添加雷达配置；
将此文件集成进xacro文件；
启动 Gazebo，使用 Rviz 显示雷达信息。

2.1 新建 Xacro 文件，配置雷达传感器信息

<robot name="my_sensors" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro">

  <!-- 雷达 -->
  <gazebo reference="laser">
    <sensor type="ray" name="rplidar"> 
      <pose>0 0 0 0 0 0</pose>   <!-- 雷达位姿xyz rpy -->
      <visualize>true</visualize>   <!-- 雷达是否可视化 -->
      <update_rate>5.5</update_rate>   <!-- 雷达频率 -->
      <ray>
        <scan>
          <horizontal>
            <samples>360</samples>   <!-- 雷达旋转一周采样线束 -->
            <resolution>1</resolution>   <!-- 雷达射线分辨率,360条射线中1条测距,减小计算量 -->
            <min_angle>-3</min_angle>   <!-- 雷达采样范围-3~+3 -->
            <max_angle>3</max_angle>
          </horizontal>
        </scan>
        <range>
          <min>0.10</min>   <!-- 雷达距离,小于0.10采样无效 -->
          <max>30.0</max>  <!-- 雷达距离,大于30.0采样无效 -->
          <resolution>0.01</resolution>  <!-- 雷达精度 -->
        </range>
        <noise>
          <type>gaussian</type>  <!-- 高斯噪音 -->
          <mean>0.0</mean>
          <stddev>0.01</stddev>
        </noise>
      </ray>
      <plugin name="gazebo_rplidar" filename="libgazebo_ros_laser.so">
        <topicName>/scan</topicName>
        <frameName>laser</frameName>
      </plugin>
    </sensor>
  </gazebo>

</robot>

重点:

  <gazebo reference="laser">

        <topicName>/scan</topicName>
        <frameName>laser</frameName>

2.2 xacro 文件集成

<!-- 组合小车底盘与传感器 -->
<robot name="my_car_camera" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro">
    <xacro:include filename="my_head.urdf.xacro" />
    <xacro:include filename="my_base.urdf.xacro" />
    <xacro:include filename="my_camera.urdf.xacro" />
    <xacro:include filename="my_laser.urdf.xacro" />
    <xacro:include filename="move.urdf.xacro" />
    <!-- 雷达仿真的 xacro 文件 -->
    <xacro:include filename="my_sensors_laser.urdf.xacro" />
</robot>

2.3 启动仿真环境

gazebo的launch文件与之前一致

rviz的launch文件如下:

<launch> 
    <param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro $(find  urdf02_gazebo)/urdf/xacro/car.urdf.xacro" />
    <!--启动rviz -->
    <node pkg = "rviz" type = "rviz" name="rviz" args="-d $(find urdf01_rviz)/config/demo01.rviz"/>
    <!-- 添加关节状态发布节点 -->
    <node pkg="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher" name="joint_state_publisher" />
    <!-- 添加机器人状态发布节点 -->
    <node pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" name="robot_state_publisher" />
</launch>

gazebo显示效果
在这里插入图片描述 rviz显示效果

3. 摄像头信息仿真以及显示

摄像头仿真基本流程:

已经创建完毕的机器人模型，编写一个单独的 xacro 文件，为机器人模型添加摄像头配置；
将此文件集成进xacro文件；
启动 Gazebo，使用 Rviz 显示摄像头信息。

3.1 新建 Xacro 文件，配置摄像头传感器信息

<robot name="my_sensors" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro">
  <!-- 被引用的link -->
  <gazebo reference="camera">
    <!-- 类型设置为 camara -->
    <sensor type="camera" name="camera_node">
      <update_rate>30.0</update_rate> <!-- 更新频率 -->
      <!-- 摄像头基本信息设置 -->
      <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>
      <!-- 核心插件 -->
      <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</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>
</robot>

重点

  <!-- 被引用的link -->
  <gazebo reference="camera">
    <!-- 类型设置为 camara -->
    <sensor type="camera" name="camera_node">

	<frameName>camera</frameName>

3.2 xacro 文件集成

<!-- 组合小车底盘与传感器 -->
<robot name="my_car_camera" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro">
    <xacro:include filename="my_head.urdf.xacro" />
    <xacro:include filename="my_base.urdf.xacro" />
    <xacro:include filename="my_camera.urdf.xacro" />
    <xacro:include filename="my_laser.urdf.xacro" />
    <xacro:include filename="move.urdf.xacro" />
    <!-- 摄像头仿真的 xacro 文件 -->
    <xacro:include filename="my_sensors_camara.urdf.xacro" />
</robot>

3.3 运行

和之前一致
在这里插入图片描述

4. kinect信息仿真以及显示

4.1 新建 Xacro 文件，配置 kinetic传感器信息

<robot name="my_sensors" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro">
    <gazebo reference="kinect link名称">  
      <sensor type="depth" name="camera">
        <always_on>true</always_on>
        <update_rate>20.0</update_rate>
        <camera>
          <horizontal_fov>${60.0*PI/180.0}</horizontal_fov>
          <image>
            <format>R8G8B8</format>
            <width>640</width>
            <height>480</height>
          </image>
          <clip>
            <near>0.05</near>
            <far>8.0</far>
          </clip>
        </camera>
        <plugin name="kinect_camera_controller" filename="libgazebo_ros_openni_kinect.so">
          <cameraName>camera</cameraName>
          <alwaysOn>true</alwaysOn>
          <updateRate>10</updateRate>
          <imageTopicName>rgb/image_raw</imageTopicName>
          <depthImageTopicName>depth/image_raw</depthImageTopicName>
          <pointCloudTopicName>depth/points</pointCloudTopicName>
          <cameraInfoTopicName>rgb/camera_info</cameraInfoTopicName>
          <depthImageCameraInfoTopicName>depth/camera_info</depthImageCameraInfoTopicName>
          <frameName>kinect link名称</frameName>
          <baseline>0.1</baseline>
          <distortion_k1>0.0</distortion_k1>
          <distortion_k2>0.0</distortion_k2>
          <distortion_k3>0.0</distortion_k3>
          <distortion_t1>0.0</distortion_t1>
          <distortion_t2>0.0</distortion_t2>
          <pointCloudCutoff>0.4</pointCloudCutoff>
        </plugin>
      </sensor>
    </gazebo>

</robot>

4.2 xacro 文件集成

<!-- 组合小车底盘与传感器 -->
<robot name="my_car_camera" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro">
    <xacro:include filename="my_head.urdf.xacro" />
    <xacro:include filename="my_base.urdf.xacro" />
    <xacro:include filename="my_camera.urdf.xacro" />
    <xacro:include filename="my_laser.urdf.xacro" />
    <xacro:include filename="move.urdf.xacro" />
    <!-- kinect仿真的 xacro 文件 -->
    <xacro:include filename="my_sensors_kinect.urdf.xacro" />
</robot>

4.3 运行

在这里插入图片描述

4.4 kinect 点云数据显示

在这里插入图片描述
问题:在rviz中显示时错位。

原因:在kinect中图像数据与点云数据使用了两套坐标系统，且两套坐标系统位姿并不一致。

解决:
1.在插件中为kinect设置坐标系，修改配置文件的<frameName>标签内容：

<frameName>support_depth</frameName>

2.发布新设置的坐标系到kinect连杆的坐标变换关系，在启动rviz的launch中，添加:

<node pkg="tf2_ros" type="static_transform_publisher" name="static_transform_publisher" args="0 0 0 -1.57 0 -1.57 /support /support_depth" />

在这里插入图片描述

【ROS】—— 机器人系统仿真 —RDF、Gazebo与Rviz综合应用(十六)

文章目录

前言

1. 机器人运动控制以及里程计信息显示

1.1 ros_control 简介

1.2 运动控制实现流程(Gazebo)

1.2.1 为 joint 添加传动装置以及控制器

1.2.2 xacro文件集成

1.2.3 启动 gazebo并控制机器人运动

2. 雷达信息仿真以及显示

2.1 新建 Xacro 文件，配置雷达传感器信息

2.2 xacro 文件集成

2.3 启动仿真环境

3. 摄像头信息仿真以及显示

3.1 新建 Xacro 文件，配置摄像头传感器信息

3.2 xacro 文件集成

3.3 运行

4. kinect信息仿真以及显示

4.1 新建 Xacro 文件，配置 kinetic传感器信息

4.2 xacro 文件集成

4.3 运行

4.4 kinect 点云数据显示

相关文章