ROS学习总结十二：给自己的机器人添加传感器

在上一章中我们创建了一个自己的机器人，同时这个机器人也能在gazebo中运动，这里我们继续给这个机器人添加一些传感器信息。
1、camera
首先我们来添加一个传感器信息，我们建立一个xacro文件，复制第十章中的camera相机代码到这个文件中：
exper_gazebo_camera.xacro：

<?xml version="1.0"?>
<robot xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro" name="camera"><xacro:macro name="usb_camera" params="prefix:=camera"><link name="${prefix}_link"><inertial><mass value="0.1" /><origin xyz="0 0 0" /><inertia ixx="0.01" ixy="0.0" ixz="0.0"iyy="0.01" iyz="0.0"izz="0.01" /></inertial><visual><origin xyz=" 0 0 0 " rpy="0 0 0" /><geometry><box size="0.01 0.04 0.04" /></geometry><material name="black"/></visual><collision><origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="0 0 0" /><geometry><box size="0.01 0.04 0.04" /></geometry></collision></link><gazebo reference="${prefix}_link"><material>Gazebo/Black</material></gazebo><gazebo reference="${prefix}_link"><sensor type="camera" name="camera_node"><update_rate>30.0</update_rate><!-- 摄像头发布频率 --><camera name="head"><horizontal_fov>1.3962634</horizontal_fov><!-- 摄像头可视范围 --><image><width>1280</width><!-- 摄像头分辨率 --><height>720</height><!-- 摄像头分辨率 --><format>R8G8B8</format><!-- 摄像头数据格式 --></image><clip><near>0.02</near><!-- 最近距离 --><far>300</far><!-- 最远距离 --></clip><noise><type>gaussian</type><!-- 摄像头高斯噪声 --><mean>0.0</mean><stddev>0.007</stddev></noise></camera><plugin name="gazebo_camera" filename="libgazebo_ros_camera.so"><!-- 加载插件，实现摄像头功能 --><alwaysOn>true</alwaysOn><updateRate>0.0</updateRate><cameraName>/camera</cameraName><!-- 命名空间 --><imageTopicName>image_raw</imageTopicName><!-- 发布图片信息话题名称 --><cameraInfoTopicName>camera_info</cameraInfoTopicName><!-- 发布摄像头信息话题名称 --><frameName>camera_link</frameName><!-- 数据的坐标系统 --><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></xacro:macro>
</robot>

同样的我们添加一个launch文件来启动这个xacro文件：
exper_gazebo_camera.launch：

<launch><!-- 设置launch文件的参数 --><arg name="world_name" value="$(find mbot_description)/worlds/playground.world"/><!-- 自己的地图改这 --><arg name="paused" default="false"/><arg name="use_sim_time" default="true"/><arg name="gui" default="true"/><arg name="headless" default="false"/><arg name="debug" default="false"/><!-- 运行gazebo仿真环境 --><include file="$(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 exper4261)/xacro/exper_gazebo_launch.xacro'" /> <!-- 改这 --><!-- 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>

如果这个时候我们直接启动这个launch文件的话，它其实我运行不起来的，因为它会报错：

[robot_state_publisher-4] process has died [pid 9593, exit code 255, cmd /opt/ros/kinetic/lib/robot_state_publisher/robot_state_publisher __name:=robot_state_publisher __log:=/home/zhangxingsheng/.ros/log/7942b416-89ef-11ea-8282-405bd8edb6bd/robot_state_publisher-4.log].

这里显示的错误是robot_state_publisher的错误，我们从launch文件中可以看到这个节点是发布消息的，它用于发布机器人的关节状态以及tf变换的情况，而实际上我们前面关于xacro文件中是没有这些东西的，所以这里报错了。
然后我尝试将它删除，只留下一个模型而不发布数据，但是还是会报错：

[gazebo-1] process has died [pid 2597, exit code 134, cmd /opt/ros/kinetic/lib/gazebo_ros/gzserver -e ode /home/zhangxingsheng/exper/src/mbot_description/worlds/playground.world __name:=gazebo __log:=/home/zhangxingsheng/.ros/log/af7566fa-89fe-11ea-98ba-405bd8edb6bd/gazebo-1.log].

然后这时候gazebo里面不会显示相机模型。

想了想还是觉得把publisher发布一下吧，既然要发布这个的话那我们需要一个像之前那样的机器人本体模型才是，于是我去给launch文件中添加了两个模型参数，这时不报错但是只会显示机器人本体的模型而没有显示摄像头的urdf模型。后来参考了源代码发现它的写法与我略有不同，它在launch文件中只调用了一个模型，这个模型是机器人与相机模型的结合，也就是说，它在类似于之前我用于调用机器人本体的xacro文件中添加了两个模型。然后这两个模型之间添加了一个joint。这种方式我的理解为，joint是xacro文件的文本格式，它应该不能写在launch文件中，同时每一个子模型必须有一个joint，这在第六章中两种写法的内容是差不多的概念。所以我们需要在一个xacro文件中调用到两个模型的时候，需要给他们之间添加一个joint。
这里我们重新写一个xacro的调用文件：
exper_gazebo_camera2：

<?xml version="1.0"?>
<robot name="arm" xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro"><xacro:include filename="$(find exper4261)/xacro/exper_gazebo.xacro" /><xacro:include filename="$(find exper4261)/xacro/exper_gazebo_camera.xacro" /><xacro:property name="camera_offset_x" value="0.17" /><xacro:property name="camera_offset_y" value="0" /><xacro:property name="camera_offset_z" value="0.10" /><mbot_base/><!-- Camera --><joint name="camera_joint" type="fixed"><origin xyz="${camera_offset_x} ${camera_offset_y} ${camera_offset_z}" rpy="0 0 0" /><parent link="base_link"/><child link="camera_link"/></joint><xacro:usb_camera prefix="camera"/><mbot_base_gazebo/></robot>

这里上面是两个xacro调用，下面是一个joint，关于joint的使用跟在之前的xacro文件是一样的，这里虽然定义了三个参数，但其实由于只引用一次，所以直接放到“xyz”中去其实也是一样的。然后这时候我们再使用launch文件调用一下就可以正常显示了：

然后这时候我们同样去启动一下rqt工具以及键盘控制节点，就可以看到运动中的小车图像了。

同样的我们可以使用Kinect得到如下的结果：

以及我们可以使用第十章中laser的xacro文件得到一个带激光的小车：

拓展：同时启动两个传感器。
这里我尝试了在启动机器人的时候同时去启动一个视觉传感器以及一个激光传感器，开始的时候，我将激光的调用文件复制过来，写成一个调用文件如下：

<?xml version="1.0"?>
<robot name="arm" xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro"><xacro:include filename="$(find mbot_description)/urdf/xacro/gazebo/mbot_base_gazebo.xacro" /><xacro:include filename="$(find mbot_description)/urdf/xacro/sensors/camera_gazebo.xacro" /><xacro:include filename="$(find mbot_description)/urdf/xacro/sensors/lidar_gazebo.xacro" /><xacro:property name="camera_offset_x" value="0.17" /><xacro:property name="camera_offset_y" value="0" /><xacro:property name="camera_offset_z" value="0.10" /><xacro:property name="lidar_offset_x" value="0" /><xacro:property name="lidar_offset_y" value="0" /><xacro:property name="lidar_offset_z" value="0.105" /><mbot_base/><!-- Camera --><joint name="camera_joint" type="fixed"><origin xyz="${camera_offset_x} ${camera_offset_y} ${camera_offset_z}" rpy="0 0 0" /><parent link="base_link"/><child link="camera_link"/></joint><xacro:usb_camera prefix="camera"/><!-- lidar --><joint name="lidar_joint" type="fixed"><origin xyz="${lidar_offset_x} ${lidar_offset_y} ${lidar_offset_z}" rpy="0 0 0" /><parent link="base_link"/><child link="laser_link"/></joint><xacro:rplidar prefix="laser"/><mbot_base_gazebo/></robot>

这里

    <xacro:include filename="$(find mbot_description)/urdf/xacro/gazebo/mbot_base_gazebo.xacro" /><xacro:include filename="$(find mbot_description)/urdf/xacro/sensors/camera_gazebo.xacro" /><xacro:include filename="$(find mbot_description)/urdf/xacro/sensors/lidar_gazebo.xacro" />

调用了机器人的本体、相机、激光雷达的xacro模型。下面是两者joint中使用的一些参数，最后是两个joint，将相机跟激光固定在小车上。同样我们运行这个launch文件后可以得到一个新的小车模型：

可以看到小车上有一个激光还有一个视觉传感器，然后使用rostopic查看一下：

$ rostopic echo /+Tab

可以看到发布的数据中既有图像数据又有激光扫描数据，那我们使用一个rqt_image_view查看一下图像：

它是能正常显示的。
然后再使用rviz可视化界面查看一下激光数据：

可以看到激光数据也是正常显示的状态。这时我们可以确定在这辆小车上我们同时得到了激光与视觉两种数据。
另外除了这个方式外，我还尝试了另外一个方式，我曾经想把激光的代码直接写到小车本体里面，但是还是出现了一些问题。当我打开gazebo的时候无法显示小车模型，后来我尝试一步一步添加，从最开始的urdf模型到xacro模型再到gazebo显示，我能让它显示在gazebo中但是传感器并没有工作，以下是最后的小车的xacro文件，应该是还有一个问题没有找到：

<?xml version="1.0"?>
<robot name="mbot" xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro"><xacro:property name="M_PI" value="3.1415926"/> <xacro:property name="base_mass"   value="20" /> <xacro:property name="base_radius" value="0.20"/> <xacro:property name="base_length" value="0.16"/> <xacro:property name="wheel_mass"   value="2" /><xacro:property name="wheel_radius" value="0.06"/> <xacro:property name="wheel_length" value="0.025"/> <xacro:property name="wheel_joint_y" value="0.19"/> <xacro:property name="wheel_joint_z" value="0.05"/><xacro:property name="caster_mass"    value="0.5" />  <xacro:property name="caster_radius" value="0.015"/> <!-- wheel_radius - ( base_length/2 - wheel_joint_z) --> <xacro:property name="caster_joint_x" value="0.18"/><!-- Defining the colors used in this robot --> <xacro:macro name="sphere_inertial_matrix" params="m r"><inertial><mass value="${m}" /><inertia ixx="${2*m*r*r/5}" ixy="0" ixz="0"iyy="${2*m*r*r/5}" iyz="0" izz="${2*m*r*r/5}" /></inertial></xacro:macro><xacro:macro name="cylinder_inertial_matrix" params="m r h"><inertial><mass value="${m}" /><inertia ixx="${m*(3*r*r+h*h)/12}" ixy = "0" ixz = "0"iyy="${m*(3*r*r+h*h)/12}" iyz = "0"izz="${m*r*r/2}" /> </inertial></xacro:macro><material name="yellow"> <color rgba="1 0.4 0 0.95"/> </material> <material name="black"> <color rgba="0 0 0 0.95"/> </material> <material name="gray"> <color rgba="0.75 0.75 0.75 1"/></material><!-- Macro for robot wheel --> <xacro:macro name="wheel" params="prefix reflect"> <joint name="${prefix}_wheel_joint" type="continuous"> <origin xyz="0 ${reflect*wheel_joint_y} ${-wheel_joint_z}" rpy="0 0 0"/> <parent link="base_link"/> <child link="${prefix}_wheel_link"/> <axis xyz="0 1 0"/> </joint> <link name="${prefix}_wheel_link"> <visual> <origin xyz="0 0 0" rpy="${M_PI/2} 0 0" /> <geometry> <cylinder radius="${wheel_radius}" length = "${wheel_length}"/> </geometry> <material name="gray" /> </visual> <collision><origin xyz="0 0 0" rpy="${M_PI/2} 0 0" /><geometry><cylinder radius="${wheel_radius}" length = "${wheel_length}"/></geometry></collision><cylinder_inertial_matrix  m="${wheel_mass}" r="${wheel_radius}" h="${wheel_length}" /></link> <gazebo reference="${prefix}_wheel_link"><material>Gazebo/Blue</material>          </gazebo><transmission name="${prefix}_wheel_joint_trans"><type>transmission_interface/SimpleTransmission</type><joint name="${prefix}_wheel_joint" ><hardwareInterface>hardware_interface/VelocityJointInterface</hardwareInterface></joint><actuator name="${prefix}_wheel_joint_motor"><hardwareInterface>hardware_interface/VelocityJointInterface</hardwareInterface><mechanicalReduction>1</mechanicalReduction></actuator></transmission></xacro:macro><xacro:macro name="rplidar" params="prefix reflect"><joint name="${prefix}_rplidar_joint" type="fixed"><origin xyz="0 0 0.095" rpy="0 0 0"/><parent link="base_link"/><child link="${prefix}_rplidar_link"/><axis xyz="0 1 0"/></joint> <link name="${prefix}_rplidar_link">       <inertial><mass value="0.1" /><origin xyz="0 0 0" /><inertia ixx="0.01" ixy="0.0" ixz="0.0"iyy="0.01" iyz="0.0"izz="0.01" /></inertial>            <visual>  <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" /> <geometry> <cylinder length="${wheel_radius}" radius="${wheel_length}"/> </geometry> <material name="black"/> </visual> <collision><origin xyz="0 0 0" rpy="${M_PI/2} 0 0" /><geometry><cylinder radius="${wheel_radius}" length = "${wheel_length}"/></geometry></collision><cylinder_inertial_matrix  m="${wheel_mass}" r="${wheel_radius}" h="${wheel_length}" /></link> <gazebo reference="${prefix}_wheel_link"><material>Gazebo/yellow</material>          </gazebo><gazebo reference="${prefix}_link"><sensor type="ray" name="rplidar"><pose>0 0 0 0 0 0</pose><visualize>false</visualize><update_rate>5.5</update_rate><ray><scan><horizontal><samples>360</samples><resolution>1</resolution><min_angle>-3</min_angle><max_angle>3</max_angle></horizontal></scan><range><min>0.10</min><max>6.0</max><resolution>0.01</resolution></range><noise><type>gaussian</type><mean>0.0</mean><stddev>0.01</stddev></noise></ray><plugin name="gazebo_rplidar" filename="libgazebo_ros_laser.so"><topicName>/scan</topicName><frameName>laser_link</frameName></plugin></sensor></gazebo></xacro:macro><xacro:macro name="caster" params="prefix reflect"><joint name="${prefix}_caster_joint" type="continuous"><origin xyz="${reflect*caster_joint_x} 0 ${-(base_length/2 + caster_radius)}" rpy="0 0 0"/><parent link="base_link"/><child link="${prefix}_caster_link"/><axis xyz="0 1 0"/></joint><link name="${prefix}_caster_link"><visual><origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/><geometry><sphere radius="${caster_radius}" /></geometry><material name="black" /></visual><collision><origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/><geometry><sphere radius="${caster_radius}" /></geometry></collision>      <sphere_inertial_matrix  m="${caster_mass}" r="${caster_radius}" /></link><gazebo reference="${prefix}_caster_link"><material>Gazebo/Blue</material>          </gazebo></xacro:macro><xacro:macro name="mbot_base"> <link name="base_footprint"> <visual><origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" /><geometry><box size="0.001 0.001 0.001" /></geometry></visual></link><gazebo reference="base_footprint"><material>Gazebo/Blue</material>          </gazebo><joint name="base_footprint_joint" type="fixed"><origin xyz="0 0 ${base_length/2 + caster_radius*2}" rpy="0 0 0" /> <parent link="base_footprint"/><child link="base_link" /></joint><link name="base_link"><visual><origin xyz=" 0 0 0" rpy="0 0 0" /><geometry><cylinder length="${base_length}" radius="${base_radius}"/></geometry><material name="yellow" /></visual><collision><origin xyz=" 0 0 0" rpy="0 0 0" /><geometry><cylinder length="${base_length}" radius="${base_radius}"/></geometry></collision>   <cylinder_inertial_matrix  m="${base_mass}" r="${base_radius}" h="${base_length}" /></link><gazebo reference="base_link"><material>Gazebo/Blue</material>          </gazebo><wheel prefix="left" reflect="-1"/><wheel prefix="right" reflect="1"/><caster prefix="front" reflect="-1"/> <caster prefix="back" reflect="1"/><rplidar prefix="laser" reflect="1"/><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_wheel_joint</leftJoint><rightJoint>right_wheel_joint</rightJoint><wheelSeparation>${wheel_joint_y*2}</wheelSeparation><wheelDiameter>${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> </xacro:macro></robot>

这里主要有问题的是inertial以及最后的雷达参数设置并没有起作用，虽然最后这个模型是会出现在小车上的，但是这个scan并不会发布。

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