【ROS】ROS入门笔记-Gazebo仿真与实物测试篇
2024-04-25 03:00:16
前面我们学习了ROS的一些基础知识，现在我们来学习ROS环境下的Gazebo仿真。
本文所需的源码下载地址为
https://github.com/guyuehome/guyueclass
文章目录
- 〇、写在前面
- 1.rosdep问题
- 2.Gazebo闪退问题
- 一、优化物理仿真模型
- 1.使用xacro文件优化URDF模型
- 1.1 xacro简介
- 1.2 xacro的使用
- 常量定义
- 常量使用与计算
- 宏定义
- 宏调用
- 文件包含
- 1.3 ros_control功能包
- 1.3.1 ros_control是什么
- 2.完善机器人模型的物理仿真
- 2.1 为link添加惯性参数和碰撞属性
- 2.2 为link添加gazebo标签
- 2.3 为joint添加传动装置
- 2.4 添加gazebo控制器插件
- 2.5 在gazebo中加载机器人模型
- 二.Gazebo仿真
- 1.下载模型
- 2 .初次运行Gazebo
- 准备工作
- 打开Gazebo
- 控制小车
- 3.在Gazebo中创建模型
- Insert 直接添加
- Building Editor 绘制
- 4.物理环境运动仿真
- 打开环境
- 键盘控制
- 5.摄像头仿真
- 6.深度相机仿真
- 7.激光雷达仿真
- 8.SLAM仿真
- 8.1 准备工作
- 8.2 Gmapping SLAM
- 激光雷达
- 深度相机
- 8.3 Hector SLAM
- 8.4 Cartographer SLAM
- 8.5 RTAB SLAM
- 9.自主导航仿真
〇、写在前面
在第一篇笔记中我使用的是Ubuntu 20和ROS noetic，但为了方便学习和适应网上资料，我们在这里更改为Ubuntu 18和ROS melodic。在切换的过程中请注意以下几点：
1.rosdep问题
ROS melodic的安装有这么一步，会经常报错。
sudo rosdep init
rosdep update
主要原因是ROS服务器在国外，访问经常掉线。在这里我们参考了以下两个解决方案。
https://blog.csdn.net/Kenny_GuanHua/article/details/116845781
http://www.autolabor.com.cn/book/ROSTutorials/chapter1/12-roskai-fa-gong-ju-an-zhuang/124-an-zhuang-ros.html
具体方法如下（不保证长期有效）
网站https://ghproxy.com/支持Github的资源代理，非常好用，我们将用此代理加速rosdep对Github的访问，进而解决rosdep update失败问题。
我们要做的，是在rosdep的若干个脚本文件中，把https://ghproxy.com/添加到相应URL前面即可。
- 首先修改rosdep下载资源的脚本文件：
/usr/lib/python2.7/dist-packages/rosdep2/sources_list.py，把以下行添加到脚本中的download_rosdep_data()函数中，以应用代理服务：
# 打开sources_list.py
sudo gedit /usr/lib/python2.7/dist-packages/rosdep2/sources_list.py
# 在download_rosdep_data()函数中添加这一句
url="https://ghproxy.com/"+url
- 然后，用同样的方法修改
/usr/lib/python2.7/dist-packages/rosdistro/__init__.py里面的DEFAULT_INDEX_URL参数，如下：
# 打开__init__.py
sudo gedit /usr/lib/python2.7/dist-packages/rosdistro/__init__.py
# 将DEFAULT_INDEX_URL的网址前加上https://ghproxy.com/
DEFAULT_INDEX_URL = 'https://ghproxy.com/https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/index-v4.yaml'
- 接着，以下4个文件中也使用了
raw.githubusercontent.com网址，同样的方法把https://ghproxy.com/添加到网址前：
# 第36行
sudo gedit /usr/lib/python2.7/dist-packages/rosdep2/gbpdistro_support.py# 第72行
sudo gedit /usr/lib/python2.7/dist-packages/rosdep2/sources_list.py# 第39行
sudo gedit /usr/lib/python2.7/dist-packages/rosdep2/rep3.py# 第68行 和 第119行
sudo gedit /usr/lib/python2.7/dist-packages/rosdistro/manifest_provider/github.py
- 最后，在
/usr/lib/python2.7/dist-packages/rosdep2/gbpdistro_support.py的第204行添加如下代码：
# 打开gbpdistro_support.py
sudo gedit /usr/lib/python2.7/dist-packages/rosdep2/gbpdistro_support.py
# 在第204行添加如下代码
gbpdistro_url = "https://ghproxy.com/" + gbpdistro_url
之后可正常执行
sudo rosdep init
rosdep update
2.Gazebo闪退问题
请输入如下进行测试
# 这将会打开Gazebo并显示三个简单的形状
roslaunch gazebo_ros shapes_world.launch
如果失败请运行如下，并重启终端。
echo "export SVGA_VGPU10=0" >> ~/.bashrc
一、优化物理仿真模型
1.使用xacro文件优化URDF模型
1.1 xacro简介
URDF模型是一种经典的物理模型，但其存在一些问题使其不适合在Gazebo中直接使用。这些问题包括：
- 模型冗长，重复较多
- 参数修改麻烦
- 没有参数计算功能
- …
xacro模型是适合在Gazebo中使用的模型，其特点包括：
- 精简模型代码
- 创建宏定义
- 文件包含
- 提供可编程接口
- 常量
- 变量
- 数学计算
- 条件语句
1.2 xacro的使用
常量定义
<xacro:property name="M_PI" value="3.1415926"/>
<xacro:property name="base_mass" value="1" />
<xacro:property name="base_radius" value="0.20"/>
<xacro:property name="base_length" value="0.16"/>
常量使用与计算
<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>
注意：所有数学运算都会被转换为浮点数计算以保证精度。
宏定义
<!-- 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><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/Black</material></gazebo>
</xacro:macro>
宏调用
<caster prefix="front" reflect="-1"/>
<caster prefix="back" reflect="1"/>
文件包含
<xacro:include filename="$(find mbot_description)/urdf/mbot_base_gazebo.xacro" />
1.3 ros_control功能包
1.3.1 ros_control是什么
- ROS为开发者提供的机器人控制中间件
- 包含一些列控制器接口、传动接口、硬件接口等
#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .label{font-family:'trebuchet ms', verdana, arial;font-family:var(--mermaid-font-family);fill:#333;color:#333}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .label text{fill:#333}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .node rect,#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .node circle,#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .node ellipse,#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .node polygon,#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .node path{fill:#ECECFF;stroke:#9370db;stroke-width:1px}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .node .label{text-align:center;fill:#333}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .node.clickable{cursor:pointer}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .arrowheadPath{fill:#333}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .edgePath .path{stroke:#333;stroke-width:1.5px}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .flowchart-link{stroke:#333;fill:none}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .edgeLabel{background-color:#e8e8e8;text-align:center}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .edgeLabel rect{opacity:0.9}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .edgeLabel span{color:#333}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .cluster rect{fill:#ffffde;stroke:#aa3;stroke-width:1px}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .cluster text{fill:#333}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG div.mermaidTooltip{position:absolute;text-align:center;max-width:200px;padding:2px;font-family:'trebuchet ms', verdana, arial;font-family:var(--mermaid-font-family);font-size:12px;background:#ffffde;border:1px solid #aa3;border-radius:2px;pointer-events:none;z-index:100}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .actor{stroke:#ccf;fill:#ECECFF}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG text.actor>tspan{fill:#000;stroke:none}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .actor-line{stroke:grey}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .messageLine0{stroke-width:1.5;stroke-dasharray:none;stroke:#333}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .messageLine1{stroke-width:1.5;stroke-dasharray:2, 2;stroke:#333}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG #arrowhead path{fill:#333;stroke:#333}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .sequenceNumber{fill:#fff}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG #sequencenumber{fill:#333}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG #crosshead path{fill:#333;stroke:#333}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .messageText{fill:#333;stroke:#333}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .labelBox{stroke:#ccf;fill:#ECECFF}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .labelText,#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .labelText>tspan{fill:#000;stroke:none}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .loopText,#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .loopText>tspan{fill:#000;stroke:none}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .loopLine{stroke-width:2px;stroke-dasharray:2, 2;stroke:#ccf;fill:#ccf}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .note{stroke:#aa3;fill:#fff5ad}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .noteText,#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .noteText>tspan{fill:#000;stroke:none}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .activation0{fill:#f4f4f4;stroke:#666}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .activation1{fill:#f4f4f4;stroke:#666}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .activation2{fill:#f4f4f4;stroke:#666}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .mermaid-main-font{font-family:"trebuchet ms", verdana, arial;font-family:var(--mermaid-font-family)}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .section{stroke:none;opacity:0.2}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .section0{fill:rgba(102,102,255,0.49)}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .section2{fill:#fff400}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .section1,#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .section3{fill:#fff;opacity:0.2}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .sectionTitle0{fill:#333}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .sectionTitle1{fill:#333}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .sectionTitle2{fill:#333}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .sectionTitle3{fill:#333}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .sectionTitle{text-anchor:start;font-size:11px;text-height:14px;font-family:'trebuchet ms', verdana, arial;font-family:var(--mermaid-font-family)}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .grid .tick{stroke:#d3d3d3;opacity:0.8;shape-rendering:crispEdges}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .grid .tick text{font-family:'trebuchet ms', verdana, arial;font-family:var(--mermaid-font-family)}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .grid path{stroke-width:0}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .today{fill:none;stroke:red;stroke-width:2px}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .task{stroke-width:2}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .taskText{text-anchor:middle;font-family:'trebuchet ms', verdana, arial;font-family:var(--mermaid-font-family)}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .taskText:not([font-size]){font-size:11px}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .taskTextOutsideRight{fill:#000;text-anchor:start;font-size:11px;font-family:'trebuchet ms', verdana, arial;font-family:var(--mermaid-font-family)}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .taskTextOutsideLeft{fill:#000;text-anchor:end;font-size:11px}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .task.clickable{cursor:pointer}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .taskText.clickable{cursor:pointer;fill:#003163 !important;font-weight:bold}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .taskTextOutsideLeft.clickable{cursor:pointer;fill:#003163 !important;font-weight:bold}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .taskTextOutsideRight.clickable{cursor:pointer;fill:#003163 !important;font-weight:bold}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .taskText0,#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .taskText1,#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .taskText2,#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .taskText3{fill:#fff}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .task0,#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .task1,#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .task2,#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .task3{fill:#8a90dd;stroke:#534fbc}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .taskTextOutside0,#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .taskTextOutside2{fill:#000}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .taskTextOutside1,#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .taskTextOutside3{fill:#000}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .active0,#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .active1,#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .active2,#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .active3{fill:#bfc7ff;stroke:#534fbc}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .activeText0,#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .activeText1,#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .activeText2,#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .activeText3{fill:#000 !important}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .done0,#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .done1,#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .done2,#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .done3{stroke:grey;fill:#d3d3d3;stroke-width:2}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .doneText0,#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .doneText1,#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .doneText2,#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .doneText3{fill:#000 !important}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .crit0,#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .crit1,#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .crit2,#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .crit3{stroke:#f88;fill:red;stroke-width:2}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .activeCrit0,#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .activeCrit1,#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .activeCrit2,#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .activeCrit3{stroke:#f88;fill:#bfc7ff;stroke-width:2}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .doneCrit0,#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .doneCrit1,#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .doneCrit2,#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .doneCrit3{stroke:#f88;fill:#d3d3d3;stroke-width:2;cursor:pointer;shape-rendering:crispEdges}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .milestone{transform:rotate(45deg) scale(0.8, 0.8)}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .milestoneText{font-style:italic}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .doneCritText0,#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .doneCritText1,#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .doneCritText2,#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .doneCritText3{fill:#000 !important}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .activeCritText0,#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .activeCritText1,#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .activeCritText2,#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .activeCritText3{fill:#000 !important}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .titleText{text-anchor:middle;font-size:18px;fill:#000;font-family:'trebuchet ms', verdana, arial;font-family:var(--mermaid-font-family)}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG g.classGroup text{fill:#9370db;stroke:none;font-family:'trebuchet ms', verdana, arial;font-family:var(--mermaid-font-family);font-size:10px}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG g.classGroup text .title{font-weight:bolder}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG g.clickable{cursor:pointer}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG g.classGroup rect{fill:#ECECFF;stroke:#9370db}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG g.classGroup line{stroke:#9370db;stroke-width:1}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .classLabel .box{stroke:none;stroke-width:0;fill:#ECECFF;opacity:0.5}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .classLabel .label{fill:#9370db;font-size:10px}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .relation{stroke:#9370db;stroke-width:1;fill:none}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .dashed-line{stroke-dasharray:3}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG #compositionStart{fill:#9370db;stroke:#9370db;stroke-width:1}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG #compositionEnd{fill:#9370db;stroke:#9370db;stroke-width:1}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG #aggregationStart{fill:#ECECFF;stroke:#9370db;stroke-width:1}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG #aggregationEnd{fill:#ECECFF;stroke:#9370db;stroke-width:1}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG #dependencyStart{fill:#9370db;stroke:#9370db;stroke-width:1}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG #dependencyEnd{fill:#9370db;stroke:#9370db;stroke-width:1}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG #extensionStart{fill:#9370db;stroke:#9370db;stroke-width:1}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG #extensionEnd{fill:#9370db;stroke:#9370db;stroke-width:1}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .commit-id,#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .commit-msg,#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .branch-label{fill:lightgrey;color:lightgrey;font-family:'trebuchet ms', verdana, arial;font-family:var(--mermaid-font-family)}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .pieTitleText{text-anchor:middle;font-size:25px;fill:#000;font-family:'trebuchet ms', verdana, arial;font-family:var(--mermaid-font-family)}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .slice{font-family:'trebuchet ms', verdana, arial;font-family:var(--mermaid-font-family)}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG g.stateGroup text{fill:#9370db;stroke:none;font-size:10px;font-family:'trebuchet ms', verdana, arial;font-family:var(--mermaid-font-family)}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG g.stateGroup text{fill:#9370db;fill:#333;stroke:none;font-size:10px}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG g.statediagram-cluster .cluster-label text{fill:#333}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG g.stateGroup .state-title{font-weight:bolder;fill:#000}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG g.stateGroup rect{fill:#ECECFF;stroke:#9370db}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG g.stateGroup line{stroke:#9370db;stroke-width:1}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .transition{stroke:#9370db;stroke-width:1;fill:none}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .stateGroup .composit{fill:white;border-bottom:1px}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .stateGroup .alt-composit{fill:#e0e0e0;border-bottom:1px}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .state-note{stroke:#aa3;fill:#fff5ad}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .state-note text{fill:black;stroke:none;font-size:10px}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .stateLabel .box{stroke:none;stroke-width:0;fill:#ECECFF;opacity:0.7}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .edgeLabel text{fill:#333}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .stateLabel text{fill:#000;font-size:10px;font-weight:bold;font-family:'trebuchet ms', verdana, arial;font-family:var(--mermaid-font-family)}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .node circle.state-start{fill:black;stroke:black}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .node circle.state-end{fill:black;stroke:white;stroke-width:1.5}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG #statediagram-barbEnd{fill:#9370db}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .statediagram-cluster rect{fill:#ECECFF;stroke:#9370db;stroke-width:1px}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .statediagram-cluster rect.outer{rx:5px;ry:5px}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .statediagram-state .divider{stroke:#9370db}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .statediagram-state .title-state{rx:5px;ry:5px}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .statediagram-cluster.statediagram-cluster .inner{fill:white}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .statediagram-cluster.statediagram-cluster-alt .inner{fill:#e0e0e0}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .statediagram-cluster .inner{rx:0;ry:0}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .statediagram-state rect.basic{rx:5px;ry:5px}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .statediagram-state rect.divider{stroke-dasharray:10,10;fill:#efefef}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .note-edge{stroke-dasharray:5}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .statediagram-note rect{fill:#fff5ad;stroke:#aa3;stroke-width:1px;rx:0;ry:0}:root{--mermaid-font-family: '"trebuchet ms", verdana, arial';--mermaid-font-family: "Comic Sans MS", "Comic Sans", cursive}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .error-icon{fill:#522}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .error-text{fill:#522;stroke:#522}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .edge-thickness-normal{stroke-width:2px}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .edge-thickness-thick{stroke-width:3.5px}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .edge-pattern-solid{stroke-dasharray:0}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .edge-pattern-dashed{stroke-dasharray:3}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .edge-pattern-dotted{stroke-dasharray:2}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .marker{fill:#333}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG .marker.cross{stroke:#333}:root { --mermaid-font-family: "trebuchet ms", verdana, arial;}#mermaid-svg-UFrO4UmNjHlsVoBG {color: rgba(0, 0, 0, 0.75);font: ;}应用功能包base_controller控制器插件：- 不直接接触硬件- 从抽象层请求资源arm_controller控制器插件foo_controller控制器插件RobotHW机器人硬件抽象：- 管理硬件资源- 处理硬件冲突机器人速度控制位置控制力控制
ros_contral主要提供了四种控制器（Controllers）
- joint_state_controller 状态控制器
- joint_effort_controller 力控制器
- joint_position_controller 位置控制器
- joint_velocity_controller 速度控制器
2.完善机器人模型的物理仿真
2.1 为link添加惯性参数和碰撞属性
link标签一般包含三部分内容
- visual，可视化
- collision，碰撞检测
- cylinder_inertial_matrix，惯性矩阵
我们看一个例程
<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>
2.2 为link添加gazebo标签
主要是为了显示颜色。
<gazebo reference="${prefix}_wheel_link"><material>Gazebo/Gray</material>
</gazebo>
2.3 为joint添加传动装置
<transmission name="${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>
2.4 添加gazebo控制器插件
<!-- controller -->
<gazebo><plugin name="differential_drive_controller" filename="libgazebo_ros_diff_drive.so"><rosDebugLevel>Debug</rosDebugLevel><publishWheelTF>true</publishWheelTF># 机器人命名空间<robotNamespace>/</robotNamespace><publishTf>1</publishTf><publishWheelJointState>true</publishWheelJointState><alwaysOn>true</alwaysOn><updateRate>100.0</updateRate><legacyMode>true</legacyMode># 左右轮转动关节<leftJoint>left_wheel_joint</leftJoint><rightJoint>right_wheel_joint</rightJoint># 机器人模型的相关尺寸<wheelSeparation>${wheel_joint_y*2}</wheelSeparation><wheelDiameter>${2*wheel_radius}</wheelDiameter><broadcastTF>1</broadcastTF><wheelTorque>30</wheelTorque><wheelAcceleration>1.8</wheelAcceleration># 控制器订阅的速度指令<commandTopic>cmd_vel</commandTopic># 里程计参考坐标<odometryFrame>odom</odometryFrame> <odometryTopic>odom</odometryTopic> <robotBaseFrame>base_footprint</robotBaseFrame></plugin>
</gazebo>
2.5 在gazebo中加载机器人模型
使用launch文件加载模型
<launch><arg name="model" default="$(find xacro)/xacro --inorder '$(find mbot_description)/urdf/mbot_gazebo.xacro'" /><arg name="gui" default="true" /><param name="robot_description" command="$(arg model)" /><!-- 设置GUI参数，显示关节控制插件 --><param name="use_gui" value="$(arg gui)"/><!-- 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" /><!-- 运行robot_state_publisher节点，发布tf --><node name="robot_state_publisher" pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" /><!-- 运行rviz可视化界面 --><node name="rviz" pkg="rviz" type="rviz" args="-d $(find mbot_description)/config/mbot.rviz" required="true" /></launch>
二.Gazebo仿真
1.下载模型
下载下列模型，并放置到~/.gazebo/models
https://github.com/osrf/gazebo_models
.gazebo目录需要在home目录下按Ctrl+h显示隐藏目录。
如果没有该目录请自行创建。
2 .初次运行Gazebo
准备工作
运行之前请将本章源码，即guyueclass-main/ros_basic/mbot_gazebo内的三个文件夹拷贝到我们的工作空间~/catkin_ws/src中。
工作空间的创建方法请参考本系列上一篇教程。
随后进入工作空间目录~/catkin_ws进行编译。
# 进入工作空间根目录
cd ~/catkin_ws# 编译工作空间
catkin_make
打开Gazebo
打开一个新的终端
# 打开Gazebo运行空间
roslaunch mbot_gazebo view_mbot_gazebo_empty_world.launch
此时可看到Gazebo环境中出现一辆圆形小车。
控制小车
查看话题列表
rostopic list
可见/cmd_vel速度指令接口。
# 发布速度消息
rostopic pub /cmd_vel geometry_msgs/Twist "linear:x: 0.5y: 0.0z: 0.0
angular:x: 0.5y: 0.0z: 0.0"
可见小车移动。
# 查看位置信息
rostopic echo /odom
此时可见终端打印小车位置信息。
3.在Gazebo中创建模型
Insert 直接添加
在Gazebo左侧栏中找到Insert，可直接添加已有的模型。
在File中的Save world as可以将当前环境保存下来。
Building Editor 绘制
点击Edit中的Building Editor，可自行绘制环境。
4.物理环境运动仿真
打开环境
# 打开Gazebo运行空间
roslaunch mbot_gazebo view_mbot_gazebo_play_ground.launch
此时可见有障碍物的环境。
键盘控制
# 启动键盘控制脚本
roslaunch mbot_teleop mbot_teleop.launch
此时可用键盘控制移动。
5.摄像头仿真
打开环境
# 打开Gazebo运行空间
roslaunch mbot_gazebo view_mbot_with_camera_gazebo.launch
查看话题列表
rostopic list
可见/camera摄像头接口。
使用rqt_image查看画面，选择自己想看的topic
rqt_image
6.深度相机仿真
打开环境
# 打开Gazebo运行空间
roslaunch mbot_gazebo view_mbot_with_kinect_gazebo.launch
查看话题列表
rostopic list
可见/kinect摄像头接口。
使用RVIZ查看画面
rosrun rviz rviz
坐标系选择odom
添加Pointcloud2和Robotmodel
7.激光雷达仿真
打开环境
# 打开Gazebo运行空间
roslaunch mbot_gazebo view_mbot_with_laser_gazebo.launch
查看话题列表
rostopic list
可见/scan激光雷达接口。
使用RVIZ查看画面
rosrun rviz rviz
坐标系选择odom
添加laderscan和Robotmodel
8.SLAM仿真
8.1 准备工作
- 将源码拷贝到工作空间
- 安装必要功能包
SLAM部分可能需要安装的功能包
# 点云转雷达
sudo apt-get install ros-melodic-depthimage-to-laserscan
cd ~/catkin_ws/src# 编译所需
git clone https://github.com/ros-planning/navigation_msgs.git
# gmapping
sudo apt-get install ros-melodic-gmapping
cd ~/catkin_ws/src# hector_slam
git clone https://github.com/tu-darmstadt-ros-pkg/hector_slam.git
# cartographer
sudo apt-get install ros-melodic-cartographer-*
# 保存图片所需
sudo apt-get install ros-melodic-map-server
# rtabmap
sudo apt-get install ros-melodic-rtabmap-ros
- 编译
cd ~/catkin_wscatkin_make
- 打开环境
# 打开Gazebo运行空间
roslaunch mbot_gazebo mbot_laser_nav_gazebo.launch
8.2 Gmapping SLAM
- 二维SLAM
- 常用、稳定
- 深度、IMU（可选）、里程计
激光雷达
# 激光雷达仿真环境
roslaunch mbot_gazebo mbot_laser_nav_gazebo.launch# Gmapping Demo
roslaunch mbot_navigation gmapping_demo.launch# 键盘控制脚本
roslaunch mbot_teleop mbot_teleop.launch
使用键盘控制小车，完成建图。
# 保存地图
rosrun map_server map_saver -f cloister_gmapping
生成.pgm和.yaml文件，默认保存位置为home目录。
深度相机
# 激光雷达仿真环境
roslaunch mbot_gazebo mbot_kinect_nav_gazebo.launch# Gmapping Demo
roslaunch mbot_navigation gmapping_demo.launch# 键盘控制脚本
roslaunch mbot_teleop mbot_teleop.launch
使用键盘控制小车，完成建图。
深度相机效果不好
- 需要较多的特征点
- 容易错位
8.3 Hector SLAM
- 激光雷达
- 不需要里程计
- 激光雷达刷新率要高
- 移动要慢
# 激光雷达仿真环境
roslaunch mbot_gazebo mbot_laser_nav_gazebo.launch# Hector Demo
roslaunch mbot_navigation hector_demo.launch# 键盘控制脚本
roslaunch mbot_teleop mbot_teleop.launch
要慢慢移动，不然极易漂移
# 保存地图
rosrun map_server map_saver -f hector
8.4 Cartographer SLAM
- 基于图网络
- 可选里程计
# 激光雷达仿真环境
roslaunch mbot_gazebo mbot_laser_nav_gazebo.launch# Cartographer Demo
roslaunch mbot_navigation cartographer_demo.launch# 键盘控制脚本
roslaunch mbot_teleop mbot_teleop.launch
运行失败
错误信息：
[cartographer_node-1] process has died [pid 2992, exit code -6, cmd /opt/ros/melodic/lib/cartographer_ros/cartographer_node -configuration_directory /home/work/catkin_ws/src/mbot_navigation/config -configuration_basename lidar.lua scan:=scan __name:=cartographer_node __log:=/home/work/.ros/log/8fcd0372-f5b3-11eb-b110-000c295e8fa7/cartographer_node-1.log].
log file: /home/work/.ros/log/8fcd0372-f5b3-11eb-b110-000c295e8fa7/cartographer_node-1*.log
8.5 RTAB SLAM
- 三维SLAM
# 深度相机仿真环境
roslaunch mbot_gazebo mbot_kinect_nav_gazebo.launch# Rtabmap Demo
roslaunch mbot_navigation rtabmap_demo.launch# 键盘控制脚本
roslaunch mbot_teleop mbot_teleop.launch
使用键盘控制小车，完成建图。
查看建图结果。
rtabmap-databaseViewer ~/.ros/rtabmap.db
9.自主导航仿真
本部分代码在/guyueclass-main/planning&perception/mbot_navigation，请复制到工作空间中。
安装move_base导航框架
sudo apt-get install ros-melodic-navigation
配置move_base节点mbot_navigation/launch/move_base.launch
Gmapping建图仿真
# 打开激光雷达仿真环境
roslaunch mbot_gazebo mbot_laser_nav_gazebo.launch# 打开Gmapping仿真环境
roslaunch mbot_navigation nav_cloister_demo.launch# 运行定点移动程序
rosrun mbot_navigation move_test.py# 运行随机移动程序
rosrun mbot_navigation exploring_random.py
Gmapping自主建图仿真
# 打开激光雷达仿真环境
roslaunch mbot_gazebo mbot_laser_nav_gazebo.launch# 运行自主建图仿真环境
roslaunch mbot_navigation exploring_slam_demo.launch# 运行随机移动程序
rosrun mbot_navigation exploring_random.py
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