一、URDF集成Rviz流程
我们需要在配置文件中添加两个依赖urdf与xacro，再在功能包目录下添加几个文件夹
urdf: 存储 urdf 文件的目录
meshes: 机器人模型渲染文件(暂不使用)
config: 配置文件
launch: 存储 launch 启动文件
我们在urdf文件下编写一个模型文件test.urdf
<robot name="mycar"><link name="base_link"><visual><geometry><box size="0.5 0.2 0.1" /></geometry></visual></link>
</robot>
在launch文件夹下编写launch文件test1.launch
<launch><!-- 设置参数 --><param name="robot_description" textfile="$(find urdf_rviz_gazebo)/urdf/test.urdf" /><!-- 启动 rviz --><node pkg="rviz" type="rviz" name="rviz" />
</launch>
我们启动launch文件，rviz 启动后，会发现并没有盒装的机器人模型，这是因为默认情况下没有添加机器人显示组件，需要手动添加，添加方式如下:
此时我们可以看到这个红色的盒子了，但是我们应该意识到，rviz不会保存每次的设置，所以我们每次重新打开rviz都需要再重新进行配置，其实我们保存配置文件，如图所示
这样我们在launch文件的调用时将这个文件作为参数传入就可以直接配置
<launch><!-- 设置参数 --><param name="robot_description" textfile="$(find urdf_rviz_gazebo)/urdf/test.urdf" /><!-- 启动 rviz --><node pkg="rviz" type="rviz" name="rviz" args="-d $(find urdf_rviz_gazebo)/config/save1.rviz" />
</launch>
二、URDF语法
2.1、robot
urdf 中为了保证 xml 语法的完整性，使用了robot标签作为根标签，所有的 link 和 joint 以及其他标签都必须包含在 robot 标签内,在该标签内可以通过 name 属性设置机器人模型的名称
属性：
name: 指定机器人模型的名称
子标签：
所有的标签
2.2、link
urdf 中的 link 标签用于描述机器人某个部件(也即刚体部分)的外观和物理属性，比如: 机器人底座、轮子、激光雷达、摄像头…每一个部件都对应一个 link, 在 link 标签内，可以设计该部件的形状、尺寸、颜色、惯性矩阵、碰撞参数等一系列属性
属性：
name ---> 为连杆命名
子标签：
visual ---> 描述外观(对应的数据是可视的)geometry 设置连杆的形状标签1: box(盒状)属性:size=长(x) 宽(y) 高(z)标签2: cylinder(圆柱)属性:radius=半径 length=高度标签3: sphere(球体)属性:radius=半径标签4: mesh(为连杆添加皮肤)属性: filename=资源路径(格式:package://<packagename>/<path>/文件)origin 设置偏移量与倾斜弧度属性1: xyz=x偏移 y便宜 z偏移属性2: rpy=x翻滚 y俯仰 z偏航 (单位是弧度)metrial 设置材料属性(颜色)属性: name标签: color属性: rgba=红绿蓝权重值与透明度 (每个权重值以及透明度取值[0,1])collision ---> 连杆的碰撞属性Inertial ---> 连杆的惯性矩阵
需求：**😗*分别生成长方体、圆柱与球体的机器人部件
<link name="base_link"><visual><!-- 形状 --><geometry><!-- 长方体的长宽高 --><box size="0.5 0.3 0.1" /><!-- 圆柱，半径和长度 --><!-- <cylinder radius="0.5" length="0.1" /> --><!-- 球体，半径--><!-- <sphere radius="0.3" /> --></geometry><!-- xyz坐标 rpy翻滚俯仰与偏航角度(3.14=180度 1.57=90度) --><origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" /><!-- 颜色: r=red g=green b=blue a=alpha --><material name="black"><color rgba="0.7 0.5 0 0.5" /></material></visual>
</link>
2.3、joint
urdf 中的 joint 标签用于描述机器人关节的运动学和动力学属性，还可以指定关节运动的安全极限，机器人的两个部件(分别称之为 parent link 与 child link)以"关节"的形式相连接，不同的关节有不同的运动形式: 旋转、滑动、固定、旋转速度、旋转角度限制…,比如:安装在底座上的轮子可以360度旋转，而摄像头则可能是完全固定在底座上。
joint标签对应的数据在模型中是不可见的
属性：
name ---> 为关节命名type ---> 关节运动形式continuous: 旋转关节，可以绕单轴无限旋转revolute: 旋转关节，类似于 continues,但是有旋转角度限制prismatic: 滑动关节，沿某一轴线移动的关节，有位置极限planer: 平面关节，允许在平面正交方向上平移或旋转floating: 浮动关节，允许进行平移、旋转运动fixed: 固定关节，不允许运动的特殊关节
子标签：
parent(必需的)parent link的名字是一个强制的属性：link:父级连杆的名字，是这个link在机器人结构树中的名字。child(必需的)child link的名字是一个强制的属性：link:子级连杆的名字，是这个link在机器人结构树中的名字。origin属性: xyz=各轴线上的偏移量 rpy=各轴线上的偏移弧度。axis属性: xyz用于设置围绕哪个关节轴运动。
需求：创建机器人模型，底盘为长方体，在长方体的前面添加一摄像头，摄像头可以沿着 Z 轴 360 度旋转。
<!-- 需求: 创建机器人模型，底盘为长方体，在长方体的前面添加一摄像头，摄像头可以沿着 Z 轴 360 度旋转-->
<robot name="mycar"><!-- 底盘 --><link name="base_link"><visual><geometry><box size="0.5 0.2 0.1" /></geometry><origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" /><material name="blue"><color rgba="0 0 1.0 0.5" /></material></visual></link><!-- 摄像头 --><link name="camera"><visual><geometry><box size="0.02 0.05 0.05" /></geometry><origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" /><material name="red"><color rgba="1 0 0 0.5" /></material></visual></link><!-- 关节 --><joint name="camera2baselink" type="continuous"><parent link="base_link"/><child link="camera" /><!-- 需要计算两个 link 的物理中心之间的偏移量 --><origin xyz="0.2 0 0.075" rpy="0 0 0" /><axis xyz="0 0 1" /></joint></robot>
启动的launch文件
<launch><param name="robot_description" textfile="$(find urdf_rviz_demo)/urdf/urdf/urdf03_joint.urdf" /><node pkg="rviz" type="rviz" name="rviz" args="-d $(find urdf_rviz_demo)/config/helloworld.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" /><!-- 可选:用于控制关节运动的节点 --><node pkg="joint_state_publisher_gui" type="joint_state_publisher_gui" name="joint_state_publisher_gui" />
</launch>
2.4、base_footprint优化urdf
前面实现的机器人模型是半沉到地下的，因为默认情况下: 底盘的中心点位于地图原点上，所以会导致这种情况产生，可以使用的优化策略，将初始 link 设置为一个尺寸极小的 link(比如半径为 0.001m 的球体，或边长为 0.001m 的立方体)，然后再在初始 link 上添加底盘等刚体，这样实现，虽然仍然存在初始link半沉的现象，但是基本可以忽略了。这个初始 link 一般称之为 base_footprint
<!--使用 base_footprint 优化-->
<robot name="mycar"><!-- 设置一个原点(机器人中心点的投影) --><link name="base_footprint"><visual><geometry><sphere radius="0.001" /></geometry></visual></link><!-- 添加底盘 --><link name="base_link"><visual><geometry><box size="0.5 0.2 0.1" /></geometry><origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" /><material name="blue"><color rgba="0 0 1.0 0.5" /></material></visual></link><!-- 底盘与原点连接的关节 --><joint name="base_link2base_footprint" type="fixed"><parent link="base_footprint" /><child link="base_link" /><origin xyz="0 0 0.05" /></joint><!-- 添加摄像头 --><link name="camera"><visual><geometry><box size="0.02 0.05 0.05" /></geometry><origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" /><material name="red"><color rgba="1 0 0 0.5" /></material></visual></link><!-- 关节 --><joint name="camera2baselink" type="continuous"><parent link="base_link"/><child link="camera" /><origin xyz="0.2 0 0.075" rpy="0 0 0" /><axis xyz="0 0 1" /></joint></robot>
2.5、error
UnicodeEncodeError: 'ascii' codec can't encode characters in position 463-464: ordinal not in range(128)
[joint_state_publisher-3] process has died [pid 4443, exit code 1, cmd /opt/ros/melodic/lib/joint_state_publisher/joint_state_publisher __name:=joint_state_publisher __log:=/home/rosmelodic/.ros/log/b38967c0-0acb-11eb-aee3-0800278ee10c/joint_state_publisher-3.log].
log file: /home/rosmelodic/.ros/log/b38967c0-0acb-11eb-aee3-0800278ee10c/joint_state_publisher-3*.log
编码问题导致的，需要去掉urdf文件中的注释
三、URDF练习
需求：创建一个四轮圆柱状机器人模型，机器人参数如下,底盘为圆柱状，半径 10cm，高 8cm，四轮由两个驱动轮和两个万向支撑轮组成，两个驱动轮半径为 3.25cm,轮胎宽度1.5cm，两个万向轮为球状，半径 0.75cm，底盘离地间距为 1.5cm(与万向轮直径一致)
3.1、新建urdf以及launch文件
urdf 文件:基本实现
<robot name="mycar"><!-- 设置 base_footprint --><link name="base_footprint"><visual><geometry><sphere radius="0.001" /></geometry></visual></link><!-- 添加底盘 --><!-- 添加驱动轮 --><!-- 添加万向轮(支撑轮) --></robot>
launch 文件:
<launch><!-- 将 urdf 文件内容设置进参数服务器 --><param name="robot_description" textfile="$(find demo01_urdf_helloworld)/urdf/urdf/test.urdf" /><!-- 启动 rivz --><node pkg="rviz" type="rviz" name="rviz_test" args="-d $(find demo01_urdf_helloworld)/config/helloworld.rviz" /><!-- 启动机器人状态和关节状态发布节点 --><node pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" name="robot_state_publisher" /><node pkg="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher" name="joint_state_publisher" /><!-- 启动图形化的控制关节运动节点 --><node pkg="joint_state_publisher_gui" type="joint_state_publisher_gui" name="joint_state_publisher_gui" /></launch>
3.2、底盘搭建
<!-- 参数形状:圆柱 半径:10 cm 高度:8 cm 离地:1.5 cm--><link name="base_link"><visual><geometry><cylinder radius="0.1" length="0.08" /></geometry><origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" /><material name="yellow"><color rgba="0.8 0.3 0.1 0.5" /></material></visual></link><joint name="base_link2base_footprint" type="fixed"><parent link="base_footprint" /><child link="base_link"/><origin xyz="0 0 0.055" /></joint>
3.3、添加驱动轮
<!-- 添加驱动轮 --><!--驱动轮是侧翻的圆柱参数半径: 3.25 cm宽度: 1.5 cm颜色: 黑色关节设置:x = 0y = 底盘的半径 + 轮胎宽度 / 2z = 离地间距 + 底盘长度 / 2 - 轮胎半径 = 1.5 + 4 - 3.25 = 2.25(cm)axis = 0 1 0--><link name="left_wheel"><visual><geometry><cylinder radius="0.0325" length="0.015" /></geometry><origin xyz="0 0 0" rpy="1.5705 0 0" /><material name="black"><color rgba="0.0 0.0 0.0 1.0" /></material></visual></link><joint name="left_wheel2base_link" type="continuous"><parent link="base_link" /><child link="left_wheel" /><origin xyz="0 0.1 -0.0225" /><axis xyz="0 1 0" /></joint><link name="right_wheel"><visual><geometry><cylinder radius="0.0325" length="0.015" /></geometry><origin xyz="0 0 0" rpy="1.5705 0 0" /><material name="black"><color rgba="0.0 0.0 0.0 1.0" /></material></visual></link><joint name="right_wheel2base_link" type="continuous"><parent link="base_link" /><child link="right_wheel" /><origin xyz="0 -0.1 -0.0225" /><axis xyz="0 1 0" /></joint>
3.4、添加万向轮
<!-- 添加万向轮(支撑轮) --><!--参数形状: 球体半径: 0.75 cm颜色: 黑色关节设置:x = 自定义(底盘半径 - 万向轮半径) = 0.1 - 0.0075 = 0.0925(cm)y = 0z = 底盘长度 / 2 + 离地间距 / 2 = 0.08 / 2 + 0.015 / 2 = 0.0475 axis= 1 1 1--><link name="front_wheel"><visual><geometry><sphere radius="0.0075" /></geometry><origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" /><material name="black"><color rgba="0.0 0.0 0.0 1.0" /></material></visual></link><joint name="front_wheel2base_link" type="continuous"><parent link="base_link" /><child link="front_wheel" /><origin xyz="0.0925 0 -0.0475" /><axis xyz="1 1 1" /></joint><link name="back_wheel"><visual><geometry><sphere radius="0.0075" /></geometry><origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" /><material name="black"><color rgba="0.0 0.0 0.0 1.0" /></material></visual></link><joint name="back_wheel2base_link" type="continuous"><parent link="base_link" /><child link="back_wheel" /><origin xyz="-0.0925 0 -0.0475" /><axis xyz="1 1 1" /></joint>
四、xacro语法
4.1、xacro体验
编写 Xacro 文件，以变量的方式封装属性(常量半径、高度、车轮半径…)，以函数的方式封装重复实现(车轮的添加)。
<robot name="mycar" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro"><!-- 属性封装 --><xacro:property name="wheel_radius" value="0.0325" /><xacro:property name="wheel_length" value="0.0015" /><xacro:property name="PI" value="3.1415927" /><xacro:property name="base_link_length" value="0.08" /><xacro:property name="lidi_space" value="0.015" /><!-- 宏 --><xacro:macro name="wheel_func" params="wheel_name flag" ><link name="${wheel_name}_wheel"><visual><geometry><cylinder radius="${wheel_radius}" length="${wheel_length}" /></geometry><origin xyz="0 0 0" rpy="${PI / 2} 0 0" /><material name="wheel_color"><color rgba="0 0 0 0.3" /></material></visual></link><!-- 3-2.joint --><joint name="${wheel_name}2link" type="continuous"><parent link="base_link" /><child link="${wheel_name}_wheel" /><!-- x 无偏移y 车体半径z z= 车体高度 / 2 + 离地间距 - 车轮半径--><origin xyz="0 ${0.1 * flag} ${(base_link_length / 2 + lidi_space - wheel_radius) * -1}" rpy="0 0 0" /><axis xyz="0 1 0" /></joint></xacro:macro><xacro:wheel_func wheel_name="left" flag="1" /><xacro:wheel_func wheel_name="right" flag="-1" />
</robot>
命令行进入 xacro文件 所属目录，执行:rosrun xacro xacro xxx.xacro > xxx.urdf, 会将 xacro 文件解析为 urdf 文件，内容如下:
<?xml version="1.0" ?>
<!-- =================================================================================== -->
<!-- | This document was autogenerated by xacro from test.xacro | -->
<!-- | EDITING THIS FILE BY HAND IS NOT RECOMMENDED | -->
<!-- =================================================================================== -->
<robot name="mycar"><link name="left_wheel"><visual><geometry><cylinder length="0.0015" radius="0.0325"/></geometry><origin rpy="1.57079635 0 0" xyz="0 0 0"/><material name="wheel_color"><color rgba="0 0 0 0.3"/></material></visual></link><!-- 3-2.joint --><joint name="left2link" type="continuous"><parent link="base_link"/><child link="left_wheel"/><!-- x 无偏移y 车体半径z z= 车体高度 / 2 + 离地间距 - 车轮半径--><origin rpy="0 0 0" xyz="0 0.1 -0.0225"/><axis xyz="0 1 0"/></joint><link name="right_wheel"><visual><geometry><cylinder length="0.0015" radius="0.0325"/></geometry><origin rpy="1.57079635 0 0" xyz="0 0 0"/><material name="wheel_color"><color rgba="0 0 0 0.3"/></material></visual></link><!-- 3-2.joint --><joint name="right2link" type="continuous"><parent link="base_link"/><child link="right_wheel"/><!-- x 无偏移y 车体半径z z= 车体高度 / 2 + 离地间距 - 车轮半径--><origin rpy="0 0 0" xyz="0 -0.1 -0.0225"/><axis xyz="0 1 0"/></joint>
</robot>
4.2、xacro语法
xacro 提供了可编程接口，类似于计算机语言，包括变量声明调用、函数声明与调用等语法实现。在使用 xacro 生成 urdf 时，根标签robot中必须包含命名空间声明:xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro"
4.2.1、属性与算数运算
用于封装 URDF 中的一些字段，比如: PAI 值，小车的尺寸，轮子半径 …
属性定义
<xacro:property name="xxxx" value="yyyy" />
属性调用
${属性名称}
算数运算
${数学表达式}
4.2.2、宏
类似于函数实现，提高代码复用率，优化代码结构，提高安全性
宏定义
<xacro:macro name="宏名称" params="参数列表(多参数之间使用空格分隔)">.....参数调用格式: ${参数名}
</xacro:macro>
宏调用
<xacro:宏名称 参数1=xxx 参数2=xxx/>
4.2.3、文件包含
机器人由多部件组成，不同部件可能封装为单独的 xacro 文件，最后再将不同的文件集成，组合为完整机器人，可以使用文件包含实现
文件包含
<robot name="xxx" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro"><xacro:include filename="my_base.xacro" /><xacro:include filename="my_camera.xacro" /><xacro:include filename="my_laser.xacro" />....
</robot>
4.3、xacro优化底盘
编写xacro文件
<!--使用 xacro 优化 URDF 版的小车底盘实现：实现思路:1.将一些常量、变量封装为 xacro:property比如:PI 值、小车底盘半径、离地间距、车轮半径、宽度 ....2.使用 宏 封装驱动轮以及支撑轮实现，调用相关宏生成驱动轮与支撑轮-->
<!-- 根标签，必须声明 xmlns:xacro -->
<robot name="my_base" xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro"><!-- 封装变量、常量 --><xacro:property name="PI" value="3.141"/><!-- 宏:黑色设置 --><material name="black"><color rgba="0.0 0.0 0.0 1.0" /></material><!-- 底盘属性 --><xacro:property name="base_footprint_radius" value="0.001" /> <!-- base_footprint 半径 --><xacro:property name="base_link_radius" value="0.1" /> <!-- base_link 半径 --><xacro:property name="base_link_length" value="0.08" /> <!-- base_link 长 --><xacro:property name="earth_space" value="0.015" /> <!-- 离地间距 --><!-- 底盘 --><link name="base_footprint"><visual><geometry><sphere radius="${base_footprint_radius}" /></geometry></visual></link><link name="base_link"><visual><geometry><cylinder radius="${base_link_radius}" length="${base_link_length}" /></geometry><origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" /><material name="yellow"><color rgba="0.5 0.3 0.0 0.5" /></material></visual></link><joint name="base_link2base_footprint" type="fixed"><parent link="base_footprint" /><child link="base_link" /><origin xyz="0 0 ${earth_space + base_link_length / 2 }" /></joint><!-- 驱动轮 --><!-- 驱动轮属性 --><xacro:property name="wheel_radius" value="0.0325" /><!-- 半径 --><xacro:property name="wheel_length" value="0.015" /><!-- 宽度 --><!-- 驱动轮宏实现 --><xacro:macro name="add_wheels" params="name flag"><link name="${name}_wheel"><visual><geometry><cylinder radius="${wheel_radius}" length="${wheel_length}" /></geometry><origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="${PI / 2} 0.0 0.0" /><material name="black" /></visual></link><joint name="${name}_wheel2base_link" type="continuous"><parent link="base_link" /><child link="${name}_wheel" /><origin xyz="0 ${flag * base_link_radius} ${-(earth_space + base_link_length / 2 - wheel_radius) }" /><axis xyz="0 1 0" /></joint></xacro:macro><xacro:add_wheels name="left" flag="1" /><xacro:add_wheels name="right" flag="-1" /><!-- 支撑轮 --><!-- 支撑轮属性 --><xacro:property name="support_wheel_radius" value="0.0075" /> <!-- 支撑轮半径 --><!-- 支撑轮宏 --><xacro:macro name="add_support_wheel" params="name flag" ><link name="${name}_wheel"><visual><geometry><sphere radius="${support_wheel_radius}" /></geometry><origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" /><material name="black" /></visual></link><joint name="${name}_wheel2base_link" type="continuous"><parent link="base_link" /><child link="${name}_wheel" /><origin xyz="${flag * (base_link_radius - support_wheel_radius)} 0 ${-(base_link_length / 2 + earth_space / 2)}" /><axis xyz="1 1 1" /></joint></xacro:macro><xacro:add_support_wheel name="front" flag="1" /><xacro:add_support_wheel name="back" flag="-1" />
</robot>
**方式1:**先将 xacro 文件转换出 urdf 文件，然后集成
先将 xacro 文件解析成 urdf 文件:rosrun xacro xacro xxx.xacro > xxx.urdf然后再按照之前的集成方式直接整合 launch 文件,内容示例:
<launch><param name="robot_description" textfile="$(find demo01_urdf_helloworld)/urdf/xacro/my_base.urdf" /><node pkg="rviz" type="rviz" name="rviz" args="-d $(find demo01_urdf_helloworld)/config/helloworld.rviz" /><node pkg="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher" name="joint_state_publisher" output="screen" /><node pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" name="robot_state_publisher" output="screen" /><node pkg="joint_state_publisher_gui" type="joint_state_publisher_gui" name="joint_state_publisher_gui" output="screen" />
</launch>
**方式2:**在 launch 文件中直接加载 xacro(建议使用)
launch 内容示例:
<launch><param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro $(find demo01_urdf_helloworld)/urdf/xacro/my_base.urdf.xacro" /><node pkg="rviz" type="rviz" name="rviz" args="-d $(find demo01_urdf_helloworld)/config/helloworld.rviz" /><node pkg="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher" name="joint_state_publisher" output="screen" /><node pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" name="robot_state_publisher" output="screen" /><node pkg="joint_state_publisher_gui" type="joint_state_publisher_gui" name="joint_state_publisher_gui" output="screen" /></launch>
核心代码:
<param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro $(find demo01_urdf_helloworld)/urdf/xacro/my_base.urdf.xacro" />
加载robot_description时使用command属性，属性值就是调用 xacro 功能包的 xacro 程序直接解析 xacro 文件。
4.4、xacro实操
需求：在前面小车底盘基础之上，添加摄像头和雷达传感器。
摄像头 xacro 文件:
<!-- 摄像头相关的 xacro 文件 -->
<robot name="my_camera" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro"><!-- 摄像头属性 --><xacro:property name="camera_length" value="0.01" /> <!-- 摄像头长度(x) --><xacro:property name="camera_width" value="0.025" /> <!-- 摄像头宽度(y) --><xacro:property name="camera_height" value="0.025" /> <!-- 摄像头高度(z) --><xacro:property name="camera_x" value="0.08" /> <!-- 摄像头安装的x坐标 --><xacro:property name="camera_y" value="0.0" /> <!-- 摄像头安装的y坐标 --><xacro:property name="camera_z" value="${base_link_length / 2 + camera_height / 2}" /> <!-- 摄像头安装的z坐标:底盘高度 / 2 + 摄像头高度 / 2 --><!-- 摄像头关节以及link --><link name="camera"><visual><geometry><box size="${camera_length} ${camera_width} ${camera_height}" /></geometry><origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="0.0 0.0 0.0" /><material name="black" /></visual></link><joint name="camera2base_link" type="fixed"><parent link="base_link" /><child link="camera" /><origin xyz="${camera_x} ${camera_y} ${camera_z}" /></joint>
</robot>
Copy
雷达 xacro 文件:
<!--小车底盘添加雷达
-->
<robot name="my_laser" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro"><!-- 雷达支架 --><xacro:property name="support_length" value="0.15" /> <!-- 支架长度 --><xacro:property name="support_radius" value="0.01" /> <!-- 支架半径 --><xacro:property name="support_x" value="0.0" /> <!-- 支架安装的x坐标 --><xacro:property name="support_y" value="0.0" /> <!-- 支架安装的y坐标 --><xacro:property name="support_z" value="${base_link_length / 2 + support_length / 2}" /> <!-- 支架安装的z坐标:底盘高度 / 2 + 支架高度 / 2 --><link name="support"><visual><geometry><cylinder radius="${support_radius}" length="${support_length}" /></geometry><origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="0.0 0.0 0.0" /><material name="red"><color rgba="0.8 0.2 0.0 0.8" /></material></visual></link><joint name="support2base_link" type="fixed"><parent link="base_link" /><child link="support" /><origin xyz="${support_x} ${support_y} ${support_z}" /></joint><!-- 雷达属性 --><xacro:property name="laser_length" value="0.05" /> <!-- 雷达长度 --><xacro:property name="laser_radius" value="0.03" /> <!-- 雷达半径 --><xacro:property name="laser_x" value="0.0" /> <!-- 雷达安装的x坐标 --><xacro:property name="laser_y" value="0.0" /> <!-- 雷达安装的y坐标 --><xacro:property name="laser_z" value="${support_length / 2 + laser_length / 2}" /> <!-- 雷达安装的z坐标:支架高度 / 2 + 雷达高度 / 2 --><!-- 雷达关节以及link --><link name="laser"><visual><geometry><cylinder radius="${laser_radius}" length="${laser_length}" /></geometry><origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="0.0 0.0 0.0" /><material name="black" /></visual></link><joint name="laser2support" type="fixed"><parent link="support" /><child link="laser" /><origin xyz="${laser_x} ${laser_y} ${laser_z}" /></joint>
</robot>
Copy
组合底盘摄像头与雷达的 xacro 文件
<!-- 组合小车底盘与摄像头与雷达 -->
<robot name="my_car_camera" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro"><xacro:include filename="my_base.urdf.xacro" /><xacro:include filename="my_camera.urdf.xacro" /><xacro:include filename="my_laser.urdf.xacro" />
</robot>
Copy
launch 文件
<launch><param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro $(find urdf_test)/urdf/xacro/my_base_camera_laser.urdf.xacro" /><node pkg="rviz" type="rviz" name="rviz" args="-d $(find demo01_urdf_helloworld)/config/helloworld.rviz" /><node pkg="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher" name="joint_state_publisher" output="screen" /><node pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" name="robot_state_publisher" output="screen" /><node pkg="joint_state_publisher_gui" type="joint_state_publisher_gui" name="joint_state_publisher_gui" output="screen" /></launch>
五、Rviz中控制模型运动
**Arbotix:**Arbotix 是一款控制电机、舵机的控制板，并提供相应的 ros 功能包，这个功能包的功能不仅可以驱动真实的 Arbotix 控制板，它还提供一个差速控制器，通过接受速度控制指令更新机器人的 joint 状态，从而帮助我们实现机器人在 rviz 中的运动。
5.1、安装
sudo apt-get install ros-noetic-arbotix
如果安装不上可以下载源码编译安装
先从 github 下载源码，然后调用 catkin_make 编译
git clone https://github.com/vanadiumlabs/arbotix_ros.git
5.2、添加 arbotix 所需配置文件
# 该文件是控制器配置,一个机器人模型可能有多个控制器，比如: 底盘、机械臂、夹持器(机械手)....
# 因此，根 name 是 controller
controllers: {# 单控制器设置base_controller: {#类型: 差速控制器type: diff_controller,#参考坐标base_frame_id: base_footprint, #两个轮子之间的间距base_width: 0.2,#控制频率ticks_meter: 2000, #PID控制参数，使机器人车轮快速达到预期速度Kp: 12, Kd: 12, Ki: 0, Ko: 50, #加速限制accel_limit: 1.0 }
}
另请参考: http://wiki.ros.org/arbotix_python/diff_controller
5.3、launch 文件中配置 arbotix 节点
launch 示例代码
<node name="arbotix" pkg="arbotix_python" type="arbotix_driver" output="screen"><rosparam file="$(find my_urdf05_rviz)/config/hello.yaml" command="load" /><param name="sim" value="true" />
</node>
Copy
代码解释:
调用了 arbotix_python 功能包下的 arbotix_driver 节点
arbotix 驱动机器人运行时，需要获取机器人信息，可以通过 file 加载配置文件
在仿真环境下，需要配置 sim 为 true5.4、启动 launch 文件并控制机器人模型运动
**启动launch:**roslaunch xxxx …launch
配置 rviz:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-LCJdOTF4-1661782081586)(/home/lovess/biji/ROS/picture/13-4.png)]
控制小车运动:
此时调用 rostopic list 会发现一个熟悉的话题: /cmd_vel
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-W7EVa3Fh-1661782081586)(/home/lovess/biji/ROS/picture/13-5.png)]
也就说我们可以发布 cmd_vel 话题消息控制小陈运动了，该实现策略有多种，可以另行编写节点，或者更简单些可以直接通过如下命令发布消息:
rostopic pub -r 10 /cmd_vel geometry_msgs/Twist '{linear: {x: 0.2, y: 0, z: 0}, angular: {x: 0, y: 0, z: 0.5}}'
Copy
现在，小车就可以运动起来了。
六、URDF集成Gazebo
URDF 与 Gazebo 集成流程与 Rviz 实现类似，主要步骤如下:
- 创建功能包，导入依赖项
- 编写 URDF 或 Xacro 文件
- 启动 Gazebo 并显示机器人模型
6.1、基本流程
导入功能包
roscpp rospy std_msgs urdf xacro gazebo_ros gazebo_ros_control gazebo_plugins
创建模型文件
<!-- 创建一个机器人模型(盒状即可)，显示在 Gazebo 中
--><robot name="mycar"><link name="base_link"><visual><geometry><box size="0.5 0.2 0.1" /></geometry><origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="0.0 0.0 0.0" /><material name="yellow"><color rgba="0.5 0.3 0.0 1" /></material></visual><collision><geometry><box size="0.5 0.2 0.1" /></geometry><origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="0.0 0.0 0.0" /></collision><inertial><origin xyz="0 0 0" /><mass value="6" /><inertia ixx="1" ixy="0" ixz="0" iyy="1" iyz="0" izz="1" /></inertial></link><gazebo reference="base_link"><material>Gazebo/Black</material></gazebo></robot>
注意， 当 URDF 需要与 Gazebo 集成时，和 Rviz 有明显区别:
1.必须使用 collision 标签，因为既然是仿真环境，那么必然涉及到碰撞检测，collision 提供碰撞检测的依据。
2.必须使用 inertial 标签，此标签标注了当前机器人某个刚体部分的惯性矩阵，用于一些力学相关的仿真计算。
3.颜色设置，也需要重新使用 gazebo 标签标注，因为之前的颜色设置为了方便调试包含透明度，仿真环境下没有此选项。
launch 文件实现:
<launch><!-- 将 Urdf 文件的内容加载到参数服务器 --><param name="robot_description" textfile="$(find demo02_urdf_gazebo)/urdf/urdf01_helloworld.urdf" /><!-- 启动 gazebo --><include file="$(find gazebo_ros)/launch/empty_world.launch" /><!-- 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>
代码解释:
<include file="$(find gazebo_ros)/launch/empty_world.launch" />
<!-- 启动 Gazebo 的仿真环境，当前环境为空环境 --><node pkg="gazebo_ros" type="spawn_model" name="model" args="-urdf -model mycar -param robot_description" /><!-- 在 Gazebo 中加载一个机器人模型，该功能由 gazebo_ros 下的 spawn_model 提供:-urdf 加载的是 urdf 文件-model mycar 模型名称是 mycar-param robot_description 从参数 robot_description 中载入模型-x 模型载入的 x 坐标-y 模型载入的 y 坐标-z 模型载入的 z 坐标
-->
6.2、相关设置
较之于 rviz，gazebo在集成 URDF 时，需要做些许修改，比如:必须添加 collision 碰撞属性相关参数、必须添加 inertial 惯性矩阵相关参数，另外，如果直接移植 Rviz 中机器人的颜色设置是没有显示的，颜色设置也必须做相应的变更。
6.2.1、collision
如果机器人link是标准的几何体形状，和link的 visual 属性设置一致即可。
6.2.2、inertial
惯性矩阵的设置需要结合link的质量与外形参数动态生成，标准的球体、圆柱与立方体的惯性矩阵公式如下(已经封装为 xacro 实现):
球体惯性矩阵
<!-- Macro for inertia matrix --><xacro:macro name="sphere_inertial_matrix" params="m r"><inertial><mass value="${m}" /><inertia ixx="${2*m*r*r/5}" ixy="0" ixz="0"iyy="${2*m*r*r/5}" iyz="0" izz="${2*m*r*r/5}" /></inertial></xacro:macro>
圆柱惯性矩阵
<xacro:macro name="cylinder_inertial_matrix" params="m r h"><inertial><mass value="${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="${m*r*r/2}" /> </inertial></xacro:macro>
立方体惯性矩阵
<xacro:macro name="Box_inertial_matrix" params="m l w h"><inertial><mass value="${m}" /><inertia ixx="${m*(h*h + l*l)/12}" ixy = "0" ixz = "0"iyy="${m*(w*w + l*l)/12}" iyz= "0"izz="${m*(w*w + h*h)/12}" /></inertial></xacro:macro>
需要注意的是，原则上，除了 base_footprint 外，机器人的每个刚体部分都需要设置惯性矩阵，且惯性矩阵必须经计算得出，如果随意定义刚体部分的惯性矩阵，那么可能会导致机器人在 Gazebo 中出现抖动，移动等现象。
6.2.3、颜色设置
在 gazebo 中显示 link 的颜色，必须要使用指定的标签:
<gazebo reference="link节点名称"><material>Gazebo/Blue</material>
</gazebo>
material 标签中，设置的值区分大小写，颜色可以设置为 Red Blue Green Black …
6.3、实操
将之前的urdf文件显示在Gazebo中
实现流程:
- 需要编写封装惯性矩阵算法的 xacro 文件
- 为机器人模型中的每一个 link 添加 collision 和 inertial 标签，并且重置颜色属性
- 在 launch 文件中启动 gazebo 并添加机器人模型
<robot name="base" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro"><!-- Macro for inertia matrix --><xacro:macro name="sphere_inertial_matrix" params="m r"><inertial><mass value="${m}" /><inertia ixx="${2*m*r*r/5}" ixy="0" ixz="0"iyy="${2*m*r*r/5}" iyz="0" izz="${2*m*r*r/5}" /></inertial></xacro:macro><xacro:macro name="cylinder_inertial_matrix" params="m r h"><inertial><mass value="${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="${m*r*r/2}" /> </inertial></xacro:macro><xacro:macro name="Box_inertial_matrix" params="m l w h"><inertial><mass value="${m}" /><inertia ixx="${m*(h*h + l*l)/12}" ixy = "0" ixz = "0"iyy="${m*(w*w + l*l)/12}" iyz= "0"izz="${m*(w*w + h*h)/12}" /></inertial></xacro:macro>
</robot>
A.底盘 Xacro 文件
<!--使用 xacro 优化 URDF 版的小车底盘实现：实现思路:1.将一些常量、变量封装为 xacro:property比如:PI 值、小车底盘半径、离地间距、车轮半径、宽度 ....2.使用 宏 封装驱动轮以及支撑轮实现，调用相关宏生成驱动轮与支撑轮-->
<!-- 根标签，必须声明 xmlns:xacro -->
<robot name="my_base" xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro"><!-- 封装变量、常量 --><!-- PI 值设置精度需要高一些，否则后续车轮翻转量计算时，可能会出现肉眼不能察觉的车轮倾斜，从而导致模型抖动 --><xacro:property name="PI" value="3.1415926"/><!-- 宏:黑色设置 --><material name="black"><color rgba="0.0 0.0 0.0 1.0" /></material><!-- 底盘属性 --><xacro:property name="base_footprint_radius" value="0.001" /> <!-- base_footprint 半径 --><xacro:property name="base_link_radius" value="0.1" /> <!-- base_link 半径 --><xacro:property name="base_link_length" value="0.08" /> <!-- base_link 长 --><xacro:property name="earth_space" value="0.015" /> <!-- 离地间距 --><xacro:property name="base_link_m" value="0.5" /> <!-- 质量 --><!-- 底盘 --><link name="base_footprint"><visual><geometry><sphere radius="${base_footprint_radius}" /></geometry></visual></link><link name="base_link"><visual><geometry><cylinder radius="${base_link_radius}" length="${base_link_length}" /></geometry><origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" /><material name="yellow"><color rgba="0.5 0.3 0.0 0.5" /></material></visual><collision><geometry><cylinder radius="${base_link_radius}" length="${base_link_length}" /></geometry><origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" /></collision><xacro:cylinder_inertial_matrix m="${base_link_m}" r="${base_link_radius}" h="${base_link_length}" /></link><joint name="base_link2base_footprint" type="fixed"><parent link="base_footprint" /><child link="base_link" /><origin xyz="0 0 ${earth_space + base_link_length / 2 }" /></joint><gazebo reference="base_link"><material>Gazebo/Yellow</material></gazebo><!-- 驱动轮 --><!-- 驱动轮属性 --><xacro:property name="wheel_radius" value="0.0325" /><!-- 半径 --><xacro:property name="wheel_length" value="0.015" /><!-- 宽度 --><xacro:property name="wheel_m" value="0.05" /> <!-- 质量 --><!-- 驱动轮宏实现 --><xacro:macro name="add_wheels" params="name flag"><link name="${name}_wheel"><visual><geometry><cylinder radius="${wheel_radius}" length="${wheel_length}" /></geometry><origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="${PI / 2} 0.0 0.0" /><material name="black" /></visual><collision><geometry><cylinder radius="${wheel_radius}" length="${wheel_length}" /></geometry><origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="${PI / 2} 0.0 0.0" /></collision><xacro:cylinder_inertial_matrix m="${wheel_m}" r="${wheel_radius}" h="${wheel_length}" /></link><joint name="${name}_wheel2base_link" type="continuous"><parent link="base_link" /><child link="${name}_wheel" /><origin xyz="0 ${flag * base_link_radius} ${-(earth_space + base_link_length / 2 - wheel_radius) }" /><axis xyz="0 1 0" /></joint><gazebo reference="${name}_wheel"><material>Gazebo/Red</material></gazebo></xacro:macro><xacro:add_wheels name="left" flag="1" /><xacro:add_wheels name="right" flag="-1" /><!-- 支撑轮 --><!-- 支撑轮属性 --><xacro:property name="support_wheel_radius" value="0.0075" /> <!-- 支撑轮半径 --><xacro:property name="support_wheel_m" value="0.03" /> <!-- 质量 --><!-- 支撑轮宏 --><xacro:macro name="add_support_wheel" params="name flag" ><link name="${name}_wheel"><visual><geometry><sphere radius="${support_wheel_radius}" /></geometry><origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" /><material name="black" /></visual><collision><geometry><sphere radius="${support_wheel_radius}" /></geometry><origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" /></collision><xacro:sphere_inertial_matrix m="${support_wheel_m}" r="${support_wheel_radius}" /></link><joint name="${name}_wheel2base_link" type="continuous"><parent link="base_link" /><child link="${name}_wheel" /><origin xyz="${flag * (base_link_radius - support_wheel_radius)} 0 ${-(base_link_length / 2 + earth_space / 2)}" /><axis xyz="1 1 1" /></joint><gazebo reference="${name}_wheel"><material>Gazebo/Red</material></gazebo></xacro:macro><xacro:add_support_wheel name="front" flag="1" /><xacro:add_support_wheel name="back" flag="-1" /></robot>
注意: 如果机器人模型在 Gazebo 中产生了抖动，滑动，缓慢位移 … 诸如此类情况，请查看
- 惯性矩阵是否设置了，且设置是否正确合理
- 车轮翻转需要依赖于 PI 值，如果 PI 值精度偏低，也可能导致上述情况产生
B.摄像头 Xacro 文件
<!-- 摄像头相关的 xacro 文件 -->
<robot name="my_camera" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro"><!-- 摄像头属性 --><xacro:property name="camera_length" value="0.01" /> <!-- 摄像头长度(x) --><xacro:property name="camera_width" value="0.025" /> <!-- 摄像头宽度(y) --><xacro:property name="camera_height" value="0.025" /> <!-- 摄像头高度(z) --><xacro:property name="camera_x" value="0.08" /> <!-- 摄像头安装的x坐标 --><xacro:property name="camera_y" value="0.0" /> <!-- 摄像头安装的y坐标 --><xacro:property name="camera_z" value="${base_link_length / 2 + camera_height / 2}" /> <!-- 摄像头安装的z坐标:底盘高度 / 2 + 摄像头高度 / 2 --><xacro:property name="camera_m" value="0.01" /> <!-- 摄像头质量 --><!-- 摄像头关节以及link --><link name="camera"><visual><geometry><box size="${camera_length} ${camera_width} ${camera_height}" /></geometry><origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="0.0 0.0 0.0" /><material name="black" /></visual><collision><geometry><box size="${camera_length} ${camera_width} ${camera_height}" /></geometry><origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="0.0 0.0 0.0" /></collision><xacro:Box_inertial_matrix m="${camera_m}" l="${camera_length}" w="${camera_width}" h="${camera_height}" /></link><joint name="camera2base_link" type="fixed"><parent link="base_link" /><child link="camera" /><origin xyz="${camera_x} ${camera_y} ${camera_z}" /></joint><gazebo reference="camera"><material>Gazebo/Blue</material></gazebo>
</robot>
C.雷达 Xacro 文件
<!--小车底盘添加雷达
-->
<robot name="my_laser" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro"><!-- 雷达支架 --><xacro:property name="support_length" value="0.15" /> <!-- 支架长度 --><xacro:property name="support_radius" value="0.01" /> <!-- 支架半径 --><xacro:property name="support_x" value="0.0" /> <!-- 支架安装的x坐标 --><xacro:property name="support_y" value="0.0" /> <!-- 支架安装的y坐标 --><xacro:property name="support_z" value="${base_link_length / 2 + support_length / 2}" /> <!-- 支架安装的z坐标:底盘高度 / 2 + 支架高度 / 2 --><xacro:property name="support_m" value="0.02" /> <!-- 支架质量 --><link name="support"><visual><geometry><cylinder radius="${support_radius}" length="${support_length}" /></geometry><origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="0.0 0.0 0.0" /><material name="red"><color rgba="0.8 0.2 0.0 0.8" /></material></visual><collision><geometry><cylinder radius="${support_radius}" length="${support_length}" /></geometry><origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="0.0 0.0 0.0" /></collision><xacro:cylinder_inertial_matrix m="${support_m}" r="${support_radius}" h="${support_length}" /></link><joint name="support2base_link" type="fixed"><parent link="base_link" /><child link="support" /><origin xyz="${support_x} ${support_y} ${support_z}" /></joint><gazebo reference="support"><material>Gazebo/White</material></gazebo><!-- 雷达属性 --><xacro:property name="laser_length" value="0.05" /> <!-- 雷达长度 --><xacro:property name="laser_radius" value="0.03" /> <!-- 雷达半径 --><xacro:property name="laser_x" value="0.0" /> <!-- 雷达安装的x坐标 --><xacro:property name="laser_y" value="0.0" /> <!-- 雷达安装的y坐标 --><xacro:property name="laser_z" value="${support_length / 2 + laser_length / 2}" /> <!-- 雷达安装的z坐标:支架高度 / 2 + 雷达高度 / 2 --><xacro:property name="laser_m" value="0.1" /> <!-- 雷达质量 --><!-- 雷达关节以及link --><link name="laser"><visual><geometry><cylinder radius="${laser_radius}" length="${laser_length}" /></geometry><origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="0.0 0.0 0.0" /><material name="black" /></visual><collision><geometry><cylinder radius="${laser_radius}" length="${laser_length}" /></geometry><origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="0.0 0.0 0.0" /></collision><xacro:cylinder_inertial_matrix m="${laser_m}" r="${laser_radius}" h="${laser_length}" /></link><joint name="laser2support" type="fixed"><parent link="support" /><child link="laser" /><origin xyz="${laser_x} ${laser_y} ${laser_z}" /></joint><gazebo reference="laser"><material>Gazebo/Black</material></gazebo>
</robot>
D.组合底盘、摄像头与雷达的 Xacro 文件
<!-- 组合小车底盘与摄像头 -->
<robot name="my_car_camera" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro"><xacro:include filename="base.xacro" /><xacro:include filename="my_base.xacro" /><xacro:include filename="my_camera.xacro" /><xacro:include filename="my_laser.xacro" />
</robot>
launch 文件:
<launch><!-- 将 Urdf 文件的内容加载到参数服务器 --><param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro $(find urdf_gazebo)/xacro/all.xacro" /><!-- 启动 gazebo --><include file="$(find gazebo_ros)/launch/empty_world.launch" /><!-- 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>
6.4、仿真环境搭建
到目前为止，我们已经可以将机器人模型显示在 Gazebo 之中了，但是当前默认情况下，在 Gazebo 中机器人模型是在 empty world 中，并没有类似于房间、家具、道路、树木… 之类的仿真物，如何在 Gazebo 中创建仿真环境呢？
Gazebo 中创建仿真实现方式有两种:
- 方式1: 直接添加内置组件创建仿真环境
- 方式2: 手动绘制仿真环境(更为灵活)
也还可以直接下载使用官方或第三方提高的仿真环境插件。
6.4.1、添加内置组件创建仿真环境
添加完毕后，选择 file —> Save World as 选择保存路径(功能包下: worlds 目录)，文件名自定义，后缀名设置为 .world
<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="$(find demo02_urdf_gazebo)/worlds/hello.world" /></include><!-- 在 gazebo 中显示机器人模型 --><node pkg="gazebo_ros" type="spawn_model" name="model" args="-urdf -model mycar -param robot_description" />
</launch>
Copy
核心代码: 启动 empty_world 后，再根据arg加载自定义的仿真环境
<include file="$(find gazebo_ros)/launch/empty_world.launch"><arg name="world_name" value="$(find demo02_urdf_gazebo)/worlds/hello.world" />
</include>
Copy
6.4.2、自定义仿真环境
启动 gazebo 打开构建面板，绘制仿真环境
点击: 左上角 file —> Save (保存路径功能包下的: models)
然后 file —> Exit Building Editor
可以像方式1一样再添加一些插件，然后保存为 world 文件(保存路径功能包下的: worlds)
6.4.3、使用官方提供的插件
当前 Gazebo 提供的仿真道具有限，还可以下载官方支持，可以提供更为丰富的仿真实现，具体实现如下:
下载官方模型库
git clone https://github.com/osrf/gazebo_models
之前是:git clone https://bitbucket.org/osrf/gazebo_models但是已经不可用
将得到的gazebo_models文件夹内容复制到 /usr/share/gazebo-*/models
重启 Gazebo，选择左侧菜单栏的 insert 可以选择并插入相关道具了
七、URDF、Gazebo、Rviz综合
关于URDF(Xacro)、Rviz 和 Gazebo 三者的关系，前面已有阐述: URDF 用于创建机器人模型、Rviz 可以显示机器人感知到的环境信息，Gazebo 用于仿真
7.1、机器人运动控制以及里程计信息显示
gazebo 中已经可以正常显示机器人模型了，那么如何像在 rviz 中一样控制机器人运动呢？在此，需要涉及到ros中的组件: ros_control。
同一套 ROS 程序，如何部署在不同的机器人系统上，比如：开发阶段为了提高效率是在仿真平台上测试的，部署时又有不同的实体机器人平台，不同平台的实现是有差异的，如何保证 ROS 程序的可移植性？ROS 内置的解决方式是 ros_control。
ros_control:是一组软件包，它包含了控制器接口，控制器管理器，传输和硬件接口。ros_control 是一套机器人控制的中间件，是一套规范，不同的机器人平台只要按照这套规范实现，那么就可以保证 与ROS 程序兼容，通过这套规范，实现了一种可插拔的架构设计，大大提高了程序设计的效率与灵活性。
gazebo 已经实现了 ros_control 的相关接口，如果需要在 gazebo 中控制机器人运动，直接调用相关接口即可
承上，运动控制基本流程:
- 已经创建完毕的机器人模型，编写一个单独的 xacro 文件，为机器人模型添加传动装置以及控制器
- 将此文件集成进xacro文件
- 启动 Gazebo 并发布 /cmd_vel 消息控制机器人运动
两轮差速配置
<robot name="my_car_move" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro"><!-- 传动实现:用于连接控制器与关节 --><xacro:macro name="joint_trans" params="joint_name"><!-- Transmission is important to link the joints and the controller --><transmission name="${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>
最后还需要将上述 xacro 文件集成进总的机器人模型文件，代码示例如下:
<!-- 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>
当前核心: 包含 控制器以及传动配置的 xacro 文件
<xacro:include filename="move.urdf.xacro" />
launch文件:
<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>
启动 launch 文件，使用 topic list 查看话题列表，会发现多了 /cmd_vel 然后发布 vmd_vel 消息控制即可
使用命令控制(或者可以编写单独的节点控制)
rostopic pub -r 10 /cmd_vel geometry_msgs/Twist '{linear: {x: 0.2, y: 0, z: 0}, angular: {x: 0, y: 0, z: 0.5}}'
接下来我们会发现: 小车在 Gazebo 中已经正常运行起来了
7.2、雷达信息仿真及其显示
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。
7.2.1、Gazebo 仿真雷达
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><visualize>true</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>30.0</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</frameName></plugin></sensor></gazebo>
</robot>
xacro 文件集成
将步骤1的 Xacro 文件集成进总的机器人模型文件，代码示例如下:
<!-- 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>
启动仿真环境
编写launch文件，启动gazebo，此处略…
7.2.2、Rviz 显示雷达数据
先启动 rviz,添加雷达信息显示插件
7.3、摄像头信息仿真及其显示
通过 Gazebo 模拟摄像头传感器，并在 Rviz 中显示摄像头数据。
实现流程:
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。
7.3.1、Gazebo 仿真摄像头
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>
xacro 文件集成
将步骤1的 Xacro 文件集成进总的机器人模型文件，代码示例如下:
<!-- 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>
启动仿真环境
编写launch文件，启动gazebo，此处略…
7.3.2、Rviz 显示摄像头数据
执行 gazebo 并启动 Rviz,在 Rviz 中添加摄像头组件。
7.4、kinect信息仿真以及显示
实现流程:
kinect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kinect摄像头配置；
- 将此文件集成进xacro文件；
- 启动 Gazebo，使用 Rviz 显示kinect摄像头信息。
7.4.1、Gazebo仿真Kinect
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>
xacro 文件集成
将步骤1的 Xacro 文件集成进总的机器人模型文件，代码示例如下:
<!-- 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>
7.4.2、Rviz 显示 Kinect 数据
启动 rviz,添加摄像头组件查看数据
7.4.3、补充:kinect 点云数据显示
在kinect中也可以以点云的方式显示感知周围环境，在 rviz 中操作如下:
**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" />
3.启动rviz，重新显示。
![避障算法 - VO、RVO 以及 ORCA (RVO2)[转载]](https://img-blog.csdnimg.cn/316049f21b504adf99c7fc7e5012499e.png#pic_center)
