机器人操作系统ROS（9）Gazebo物理仿真（摄像头仿真）
前期 需要完成机器人操作系统ROS（8）arbotix控制器控制小车运动
物理仿真实验
机器人底盘仿真
我是自己创建了一个工作空间
model_gazebo，创建方法：参考；
如果按照上一篇文章继续操作也可以，记得把mbot_gazebo换成mbot_description
cd ~/catkin_ws/src/model_gazebo/urdf/xacro
mkdir gazebo
cd gazebo
sudo gedit mbot_base_gazebo.xacro
内容如下：声明xml文件
<?xml version="1.0"?>
<robot name="mbot" xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro">
<!--存放 下面 相关定义内容-->
</robot>
编写机器人配置
link添加惯性参数和碰撞属性与gazebo标签
各link的质量（mass）属性声明及其他常量声明
<!-- PROPERTY LIST --><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"/>颜色属性声明
<!-- Defining the colors used in this robot --><material name="yellow"><color rgba="1 0.4 0 1"/></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>宏定义 球体惯性矩阵计算
<!-- Defining the colors used in this robot --><material name="yellow"><color rgba="1 0.4 0 1"/></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>宏定义 圆柱体惯性矩阵计算
<!-- Macro for inertia matrix --><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>定义驱动轮的宏定义
与参考链接的主要区别在于
link增加惯性属性和碰撞属性
link添加gazebo标签
joint添加传动装置
<!-- 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 --><!-- the same with visual --><!--增加惯性属性和碰撞属性--><collision><origin xyz="0 0 0" rpy="${M_PI/2} 0 0" /> <geometry><cylinder radius="${wheel_radius}" length = "${wheel_length}"/></geometry></collision><!-- inertial --><cylinder_inertial_matrix m="${wheel_mass}" r="${wheel_radius}" h="${wheel_length}" /> </link><!--添加gazebo标签为各link配颜色 ，gazebo与rivz颜色设置不兼容--><!-- Add gazebo tag to link --><gazebo reference="${prefix}_wheel_link"><material>Gazebo/Gray</material> </gazebo><!--joint添加传动装置,用得 transmission 标签,小车轮子用速度控制接口--><!-- Transmission is important to link the joints and the controller --><transmission name="${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>定义前后轮的宏定义
与参考链接的主要区别在于
link增加惯性属性和碰撞属性
link添加gazebo标签
<!-- Macro for robot caster --><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><!-- 碰撞属性 --><collision><origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/><geometry><sphere radius="${caster_radius}" /></geometry></collision> <!-- 惯性属性 --><sphere_inertial_matrix m="${caster_mass}" r="${caster_radius}" /></link><!--添加gazebo标签,为各link配颜色--><gazebo reference="${prefix}_caster_link"><material>Gazebo/Black</material></gazebo></xacro:macro>定义主体base并添加内容
<xacro:macro name="mbot_base_gazebo"><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><!-- 给 base_footprint 添加标签 --><gazebo reference="base_footprint"><turnGravityOff>false</turnGravityOff></gazebo><joint name="base_footprint_joint" type="fixed"><origin xyz="0 0 ${base_length/2 + caster_radius*2}" rpy="0 0 0" /> <parent link="base_footprint"/><child link="base_link" /></joint><!--base_link添加碰撞属性和惯性属性--><link name="base_link"><visual><origin xyz=" 0 0 0" rpy="0 0 0" /><geometry><cylinder length="${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><!--base_link添加gazebo标签--><gazebo reference="base_link"><material>Gazebo/Blue</material></gazebo><wheel prefix="left" reflect="-1"/> <!-- 调用驱动轮子宏定义 --><wheel prefix="right" reflect="1"/> <!-- 调用驱动轮子宏定义 --><caster prefix="front" reflect="-1"/> <!--调用支撑轮子宏定义--><caster prefix="back" reflect="1"/> <!-- 调用支撑轮子宏定义 --></xacro:macro>添加gazebo控制插件（类似驱动板）
继续在mbot_base_gazebo.xacro文件中编写
小车需要差速控制器，gazebo里差速控制器的插件是现成的libgazebo_ros_diff_drive.so文件
<!-- controller --><gazebo><plugin name="differential_drive_controller" filename="libgazebo_ros_diff_drive.so"> <!-- gazebo提供得差速控制器插件 --><!-- 控制器所需参数 --><rosDebugLevel>Debug</rosDebugLevel><publishWheelTF>true</publishWheelTF><robotNamespace>/</robotNamespace><!-- 机器人命名空间 订阅和发布得话题 前面 会加上命名空间 /说明没有添加--><publishTf>1</publishTf><publishWheelJointState>true</publishWheelJointState><alwaysOn>true</alwaysOn><updateRate>100.0</updateRate><legacyMode>true</legacyMode><leftJoint>left_wheel_joint</leftJoint> <!-- 控制得joint在哪里，必须和上面得joint名称一致 --><rightJoint>right_wheel_joint</rightJoint><!-- 控制得joint在哪里，必须和上面得joint名称一致 --><wheelSeparation>${wheel_joint_y*2}</wheelSeparation><!-- 两个轮子得间距 --><wheelDiameter>${2*wheel_radius}</wheelDiameter><broadcastTF>1</broadcastTF><wheelTorque>30</wheelTorque><wheelAcceleration>1.8</wheelAcceleration><commandTopic>cmd_vel</commandTopic> <!-- 订阅得话题：速度控制指令 --><odometryFrame>odom</odometryFrame> <odometryTopic>odom</odometryTopic> <!-- 发布里程计信息 --><robotBaseFrame>base_footprint</robotBaseFrame><!-- 设置controler所控制的机器人的坐标系是哪个坐标系 --></plugin></gazebo> 编辑xacro文件
在同级目录下创建sudo gedit mbot_gazebo.xacro
mbot_gazebo.xacro文件内容
<?xml version="1.0"?>
<robot name="arm" xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro"><xacro:include filename="$(find model_gazebo)/urdf/xacro/gazebo/mbot_base_gazebo.xacro" /> <!-- 包含文件 --><mbot_base_gazebo/> <!-- 调用宏定义 -->
</robot>编辑launch文件
cd ~/catkin_ws/src/mbot_description/launch/xacro
mkdir gazebo
cd gazebo
sudo gedit mbot_base_gazebo.launch
mbot_base_gazebo.launch文件内容
<launch><!-- 设置launch文件的参数 --><arg name="paused" default="false"/><arg name="use_sim_time" default="true"/><arg name="gui" default="true"/><arg name="headless" default="false"/><arg name="debug" default="false"/><!-- 运行gazebo仿真环境 --><include file="$(find gazebo_ros)/launch/empty_world.launch"><arg name="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 '$(find model_gazebo)/urdf/xacro/gazebo/mbot_gazebo.xacro'" /> <!-- 运行joint_state_publisher节点，发布机器人的关节状态 --><node name="joint_state_publisher" pkg="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher" ></node> <!-- 运行robot_state_publisher节点，发布tf --><node name="robot_state_publisher" pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" output="screen" ><param name="publish_frequency" type="double" value="50.0" /></node><!-- 在gazebo中加载机器人模型--><node name="urdf_spawner" pkg="gazebo_ros" type="spawn_model" respawn="false" output="screen"args="-urdf -model mrobot -param robot_description"/>
</launch>运行
roslaunch model_gazebo mbot_base_gazebo.launch
创建仿真环境
直接添加环境模型
其实就是在上面打开的GAZEBO中进行添加自己想要的仿真工具
模型放置到~/.gazebo/models 文件夹下——------在gazebo的左侧列表点击“insert”（可以看到里面有很多的模型，我们只需要从列表中拖出我们需要的模型放置到仿真环境中就可以）
如果
insert列表为空，或者打开GAZEBRO里面不显示建造的模型，参考最下面错误集合：错误4
最终添加的环境内容
②保存仿真环境
File——Save World As——放置在功能包~/catkin_ws/src/mbot_description/worlds下面（路径自己选择，主要是在 ~/catkin_ws/src/）
最后退出即可。
使用Building Editor创建
1.打开空白的gazebo
roslaunch gazebo_ros empty_world.launch
2.打开Building Editor
3.保存建立的虚拟环境
4.关闭Building Editor
环境效果
5.添加一些model
添加完成的效果
6.保存最终环境
虚拟环境创建完成。
实现gazebo和rviz结合使用仿真
了解就好，下面会具体应用
只需要我们在launch文件中：
设置launch文件的参数处加如.world文件的路径即可这样就可以选择相要使用的仿真环境
<!-- 设置launch文件的参数 world_name的value值应该指向上一个创建好的world文件--><arg name="world_name" value="$(find mbot_gazebo)/worlds/playhouse.world"/><!-- 要加入的部分 --><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"/>摄像头仿真
需要在完成上面内容后，才可以继续
编辑xacro文件
cd ~/catkin_ws/src/model_gazebo/urdf/xacro
mkdir sensors
cd sensors
sudo gedit camera_gazebo.xacro
内容如下:
<?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="${prefix}_link"> <!-- 这个sensor代表的link --><sensor type="camera" name="camera_node"><update_rate>30.0</update_rate><!-- 摄像头发布频率 --><camera name="head"><horizontal_fov>1.3962634</horizontal_fov><!-- 摄像头可视范围 --><image><width>1280</width><!-- 摄像头分辨率 --><height>720</height><!-- 摄像头分辨率 --><format>R8G8B8</format><!-- 摄像头数据格式 --></image><clip><near>0.02</near><!-- 最近距离 --><far>300</far><!-- 最远距离 --></clip><noise><type>gaussian</type><!-- 摄像头高斯噪声 --><mean>0.0</mean><stddev>0.007</stddev></noise></camera><plugin name="gazebo_camera" filename="libgazebo_ros_camera.so"><!-- 加载插件，实现摄像头功能 --><alwaysOn>true</alwaysOn><updateRate>0.0</updateRate><cameraName>/camera</cameraName><!-- 命名空间 --><imageTopicName>image_raw</imageTopicName><!-- 发布图片信息话题名称 --><cameraInfoTopicName>camera_info</cameraInfoTopicName><!-- 发布摄像头信息话题名称 --><frameName>camera_link</frameName><!-- 数据的坐标系统 --><hackBaseline>0.07</hackBaseline><distortionK1>0.0</distortionK1><distortionK2>0.0</distortionK2><distortionK3>0.0</distortionK3><distortionT1>0.0</distortionT1><distortionT2>0.0</distortionT2></plugin></sensor></gazebo></xacro:macro>
</robot>
记得删除中文注释！
编辑带有摄像的xacro文件
在urdf/xacro/gazebo/目录下创建：sudo gedit mbot_with_camera_gazebo.xacro
文件内容
注：两个需要改的地方：就是第四第五行文件要核对好自己的路径
<?xml version="1.0"?>
<robot name="arm" xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro"><!--需要改动的地方 ! 这两个路径需要能找到文件；一个是机器人的配置；一个是新增的摄像信息--><xacro:include filename="$(find model_gazebo)/urdf/xacro/gazebo/mbot_base_gazebo.xacro" /><!-- include机器人底盘mbot_base_gazebo.xacro --><xacro:include filename="$(find model_gazebo)/urdf/xacro/sensors/camera_gazebo.xacro" /><!-- include机器人传感器摄像头camera_gazebo.xacro --><!-- 声明参数 --><xacro:property name="camera_offset_x" value="0.17" /><xacro:property name="camera_offset_y" value="0" /><xacro:property name="camera_offset_z" value="0.10" /><!-- Camera --><joint name="camera_joint" type="fixed"><!-- 摄像头joint连接方式 --><origin xyz="${camera_offset_x} ${camera_offset_y} ${camera_offset_z}" rpy="0 0 0" /><parent link="base_link"/><child link="camera_link"/></joint><xacro:usb_camera prefix="camera"/><!-- 调用摄像头宏 --><mbot_base_gazebo/><!-- 调用机器人底盘宏 -->
</robot>编辑launch文件
带摄像头的机器人launch文件
cd ~/catkin_ws/src/mbot_description/launch/xacro/gazebo
sudo gedit view_mbot_with_camera_gazebo.launch
view_mbot_with_camera_gazebo.launch文件内容
注：两个参数world_name和robot_description的路径要核对好
<launch><!--world_name的value值应该指向上一个创建好的world文件--><arg name="world_name" value="$(find model_gazebo)/worlds/playhouse.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"/><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="$(arg headless)"/></include><!--需要找到该文件（创建机器人配置）的路径--><param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro --inorder '$(find model_gazebo)/urdf/xacro/sensors/mbot_with_camera_gazebo.xacro'" /> <node name="joint_state_publisher" pkg="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher" ></node> <node name="robot_state_publisher" pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" output="screen" ><param name="publish_frequency" type="double" value="50.0" /></node><node name="urdf_spawner" pkg="gazebo_ros" type="spawn_model" respawn="false" output="screen"args="-urdf -model mrobot -param robot_description"/> </launch>
运行gazebo
roslaunch mbot_description view_mbot_with_camera_gazebo1.launch
用qt工具查看摄像头当前画面
rqt_image_view
如果提示bash: rqt: 未找到命令 rqt_image_view rqt_graph等等，参考错误5
选择**/camera/image_raw**
启动键盘控制
roslaunch mbot_teleop mbot_teleop.launch
键盘主要有u，i，o，j等。
通过按按键j，u，i，o控制摄像头视角
摄像头仿真就完成了。
Rviz查看摄像头采集的信息
启动rviz `rosrun rviz rviz
添加 add
1.选择机器人模型 RobotModel ，画面出现机器人
2.摄像头信息 image，选择image topic为/camera/image_raw 出现画面信息
通过键盘控制机器人，查看摄像头所得到的效果
错误
如果下面的错误没有你出现的，可以参考这篇 问题解决-----ROS中Gazebo学习的问题解决合集(初次运行黑屏、运行launch文件后闪退、黑屏；gazebo联合rviz出现process has died等的解决办法)
大部分问题都可以参考上面的链接总结，感谢大佬！
错误1
报错原因分析：
1.不接入网络情况下会输出Unable to find uri[model://my1stmodel]
2.接入网络后，如果找不到该模型，会联网在Gazebo远程模型数据库中寻找，由于自己创建的模型名称，在Gazebo模型数据库中是不存在的，所以会一直停在命令行waitForService: Service [/gazebo_gui/set_physics_properties] has not been advertised, watting...
错误2
gzserver: /build/ogre-1.9-mqY1wq/ogre-1.9-1.9.0+dfsg1/OgreMain/src/OgreRenderSystem.cpp:546: virtual void Ogre::RenderSystem::setDepthBufferFor(Ogre::RenderTarget*): Assertion bAttached && “A new DepthBuffer for a RenderTarget was created, but after creation” “it says it’s incompatible with that RT”’ failed.
错误原因：
原因是gazebo的版本过低，与Rviz不兼容。ubuntu16.04匹配的ros版本是kinetic，kinetic安装过程中会自动下载低版本的gazebo，然后RViz又是新版本的。
解决办法：
（1）通过下面指令可以看到gazebo版本是7.0.0
xx@ubuntu:~$ gazebo --version
Gazebo multi-robot simulator, version 7.0.0
主要是升级gazebo版本，具体步骤如下：
- 添加下载源
sudo sh -c 'echo "deb http://packages.osrfoundation.org/gazebo/ubuntu-stable `lsb_release -cs` main" > /etc/apt/sources.list.d/gazebo-stable.list'
- 添加软件包密钥
wget http://packages.osrfoundation.org/gazebo.key -O - | sudo apt-key add -
- 更新系统下载源
sudo apt-get update
- 升级gazebo
安装gazebo7或以上的版本
sudo apt-get install gazebo8 或gazebo9
- 测试gazebo版本
xx@ubuntu:~$ gazebo --version
Gazebo multi-robot simulator, version 7.16.1
- gazebo升级后，gazebo可正常运行，而且可以加载模型
如果还是不行，可能是显卡驱动比较陈旧，需要更新，更新英伟达的驱动
错误3
[gazebo_gui-3] process has died [pid 2238, exit code 134…（略）
方法一：gazebo启用3D加速选项方面存在一些问题，可从VM设置中禁用设置3D加速选项。禁用该选项后，仿真环境运行会比较缓慢，但可以正常工作。如图所示：
方法二：更改SVGA_VGPU10变量：
1先在终端执行export SVGA_VGPU10=0
2然后再执行roslaunch语句，比如我的是roslaunch ur_gazebo ur3.launch
错误4
Error [parser.cc:581] Unable to find uri[model://sun] Error [parser.cc:581] Unable to find uri[model://ground_plane]
参考https://aichen.blog.csdn.net/article/details/124391936
解决： 第一次下载安装gazebo的时候没有将模型文件models下载下来，所以缺少了sun和ground plane等模型。我们按照他说的链接，或者到github中下载下来放到.gazebo文件夹中即可。所需要的models文件我已经放到了百度云盘中，可以直接下载。
注意，要在.gazebo中建立models文件夹，把下载好的众多包放到里面，不要建立model，我第一次少写了一个s，结果加载不到。
如果在
/home/use_name下找不到`.hazebo’文件，原因是它被隐藏了，在当前页面状态中，按下ctrl+h显示隐藏文件，如
错误5
bash: rqt: 未找到命令 rqt_image_view rqt_graph等等
解决办法：
可能是rqt被不小心卸载了，重装就好
sudo apt-get install ros-kinetic-rqt
sudo apt-get install ros-kinetic-rqt-graph
sudo apt-get install ros-kinetic-rqt-common-plugins
参考
教程参考：
ROS——ArbotiX+Rviz仿真
✳✳ROS——Gazebo物理仿真环境搭建
ros + gazebo未报错却加载不出来机器人模型 解决办（这里面的代码不添加注释可以直接复制）
[ROS——Gazebo物理仿真安装
解决的问题参考链接
ros + gazebo未报错却加载不出来机器人模型 解决办
Assertion `bAttached && “A new DepthBuffer for a RenderTarget was created, but after creation“ “it s
解决 gazebo_gui-3 process has died pid 2238, exit code 134
https://blog.csdn.net/Will_Ye/article/details/116428880
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