前言
上一篇博客：ros机器人编程实践（16.2）- 仿真SmartCar之模型“飞起来“ 上一章我们将模型导入到rviz中并成功的动起来了，但是rviz软件环境主要是用于数据可视化的，处理数据比较方便，真实环境的模型仿真还是需要在gazebo中进行。
urdf文件讲解
我们之前在16.1中配置的urdf文件只配置了模型的链接方式和形状颜色，只有这些在gazebo物理引擎中是没法进行运动的，需要给模型的各个部分加上gazebo属性。因为还不是很熟悉xarco文件格式，我这里还是在16.1的urdf文件上修改，这一章重点讲解下urdf文件的内容，为了方便大家修改模型。 <xml>标签
- 说明：用于xml文件版本声明
- 参数：version，声明版本
- 例子：
<?xml version="1.0"?> - 成对：否
<robot>标签
- 说明：声明整体机器人，要包裹将所有机器人组件的标签。
- 参数：name，用于声明机器人名字
- 成对：是
- 例子：
<robot name="smartcar"> </robot>
<link>标签
- 说明：声明连杆，可以在中设置连杆的可视化，惯性，碰撞属性
- 参数：name，用于声明连杆的名字，每个连杆必须有一个名字
- 成对：是
- 例子：
<link name="base_link"></link>
<visual>标签
- 说明：声明可视化属性，放置在link标签中
- 参数：无
- 成对：是
- 例子：
<link name="base_link"> <visual> </visual> </link>
<geometry>标签
- 说明：声明形状，放置在visual标签中
- 参数：
<box size="0.25 .16 .05"/><cylinder length=".02" radius="0.025"/>声明立方体和圆柱体 - 成对：是
- 例子：
<link name="base_link"> <visual> <geometry> <box size="0.25 .16 .05"/> </geometry> </visual> </link>
<origin>标签
- 说明：声明放置位置已经朝向，放置在visual标签中
- 参数：rpy,声明朝向；xyz，声明位置
- 成对：是
- 例子：
<link name="base_link"> <visual> <geometry> <box size="0.25 .16 .05"/> </geometry> <origin rpy="0 0 1.57075" xyz="0 0 0"/> </visual> </link>
<material>标签
- 说明：声明材料属性，主要用于颜色，放置在visual标签中
- 参数：name，声明名字
- 成对：是
例子：
<link name="base_link">
<visual>
<geometry>
<box size="0.25 .16 .05"/>
</geometry>
<origin rpy="0 0 1.57075" xyz="0 0 0"/>
<material name="blue">
<color rgba="0 .5 .8 1"/>
</material>
</visual>
</link>
gazebo属性讲解
上述的标签是模型搭建的基本，可以看到主要创建了模型的形状、大小、颜色、连接关系等，这也就足够在rviz中动起来了，但是在gazebo中还需要配置模型相应的物理属性，如：质量、转动惯量、材质、碰撞等。 <collision>标签
- 说明：声明碰撞属性，只需要在里面加上对象的大小即可
- 参数：无
- 成对：是
- 例子：
<collision>
<geometry>
<box size="0.25 .16 .05"/>
</geometry>
</collision>
<inertial>标签
- 说明：声明对象的质量，转动惯量
- 参数：,声明质量；,声明转动惯量矩阵
- 成对：是
- 例子：
<inertial> <mass value="1.0"/> <inertia ixx="0.0054" iyy="0.0073" izz="0.0023" ixy="0" ixz="0" iyz="0"/> </inertial>
Tips：转动惯量公式可以看看大学物理的课本或者自己推导下，这里贴上部分圆柱体：
立方体：
<gazebo>标签下的<material>
- 说明：声明对象的质量，转动惯量
- 参数：reference，将对象的颜色与gazebo关联起来
- 成对：是
- 例子：
<gazebo reference="base_link"> <material>Gazebo/Yellow</material> </gazebo>
<gazebo>标签下的<plugin>
- 说明：声明对象的驱动方式
- 参数：较多，这里不写了见注释
- 成对：是
- 例子：
<gazebo> <!--驱动方式这里是差速驱动--> <plugin name="differential_drive_controller" filename="libgazebo_ros_diff_drive.so"> <leftJoint>left_back_wheel_joint</leftJoint> <rightJoint>right_back_wheel_joint</rightJoint> <robotBaseFrame>base_link</robotBaseFrame> <wheelSeparation>0.14</wheelSeparation><!--轮距--> <wheelDiameter>0.05</wheelDiameter><!--轮子直径--> <legacyMode>true</legacyMode> <publishWheelJointState>true</publishWheelJointState> </plugin> </gazebo>
<gazebo>标签下的<sensor>
- 说明：声明传感器
- 参数：参数较多，见注释
- 成对：是
- 例子：
<gazebo reference="camera_link"> <!--摄像头节点--> <sensor type="camera" name="camera_node"> <!--发布频率--> <update_rate>30.0</update_rate> <!--摄像头名字--> <camera name="head"> <!--水平视场角--> <horizontal_fov>1.3962634</horizontal_fov> <!--图片参数--> <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> <plugin name="gazebo_camera" filename="libgazebo_ros_camera.so"> <!--摄像头常开--> <alwaysOn>true</alwaysOn> <updateRate>0.0</updateRate> <cameraName>/camera</cameraName> <!--摄像头发布的话题--> <imageTopicName>image_raw</imageTopicName> <cameraInfoTopicName>camera_info</cameraInfoTopicName> <frameName>camera_link</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>修改urdf文件
根据上述所有的说明，我们可以把之前的SmartCar.urdf文件修改成支持gazebo的文件，如下：
<?xml version="1.0"?> <robot name="smartcar"> <link name="base_link"> <visual> <geometry> <box size="0.25 .16 .05"/> </geometry> <origin rpy="0 0 1.57075" xyz="0 0 0"/> <material name="blue"> <color rgba="0 .5 .8 1"/> </material> </visual> <collision> <geometry> <box size="0.25 .16 .05"/> </geometry> </collision> <inertial> <mass value="1.0"/> <inertia ixx="0.0054" iyy="0.0073" izz="0.0023" ixy="0" ixz="0" iyz="0"/> </inertial> </link> <gazebo reference="base_link"> <material>Gazebo/Yellow</material> </gazebo> <link name="right_front_wheel"> <visual> <geometry> <cylinder length=".02" radius="0.025"/> </geometry> <material name="black"> <color rgba="0 0 0 1"/> </material> </visual> <collision> <geometry> <cylinder length=".02" radius="0.025"/> </geometry> </collision> <inertial> <mass value="0.1"/> <inertia ixx="0.0000189" iyy=".0000189583" izz="0.00003125" ixy="0" ixz="0" iyz="0"/> </inertial> </link> <joint name="right_front_wheel_joint" type="continuous"> <axis xyz="0 0 1"/> <parent link="base_link"/> <child link="right_front_wheel"/> <origin rpy="0 1.57075 0" xyz="0.08 0.1 -0.03"/> <limit effort="100" velocity="100"/> <joint_properties damping="0.0" friction="0.0"/> </joint> <gazebo reference="right_front_wheel"> <material>Gazebo/Black</material> </gazebo> <link name="right_back_wheel"> <visual> <geometry> <cylinder length=".02" radius="0.025"/> </geometry> <material name="black"> <color rgba="0 0 0 1"/> </material> </visual> <collision> <geometry> <cylinder length=".02" radius="0.025"/> </geometry> </collision> <inertial> <mass value="0.1"/> <inertia ixx="0.0000189" iyy=".0000189583" izz="0.00003125" ixy="0" ixz="0" iyz="0"/> </inertial> </link> <joint name="right_back_wheel_joint" type="continuous"> <axis xyz="0 0 1"/> <parent link="base_link"/> <child link="right_back_wheel"/> <origin rpy="0 1.57075 0" xyz="0.08 -0.1 -0.03"/> <limit effort="100" velocity="100"/> <joint_properties damping="0.0" friction="0.0"/> </joint> <gazebo reference="right_back_wheel"> <material>Gazebo/Black</material> </gazebo> <link name="left_front_wheel"> <visual> <geometry> <cylinder length=".02" radius="0.025"/> </geometry> <material name="black"> <color rgba="0 0 0 1"/> </material> </visual> <collision> <geometry> <cylinder length=".02" radius="0.025"/> </geometry> </collision> <inertial> <mass value="0.1"/> <inertia ixx="0.0000189" iyy=".0000189583" izz="0.00003125" ixy="0" ixz="0" iyz="0"/> </inertial> </link> <joint name="left_front_wheel_joint" type="continuous"> <axis xyz="0 0 1"/> <parent link="base_link"/> <child link="left_front_wheel"/> <origin rpy="0 1.57075 0" xyz="-0.08 0.1 -0.03"/> <limit effort="100" velocity="100"/> <joint_properties damping="0.0" friction="0.0"/> </joint> <gazebo reference="left_front_wheel"> <material>Gazebo/Black</material> </gazebo> <link name="left_back_wheel"> <visual> <geometry> <cylinder length=".02" radius="0.025"/> </geometry> <material name="black"> <color rgba="0 0 0 1"/> </material> </visual> <collision> <geometry> <cylinder length=".02" radius="0.025"/> </geometry> </collision> <inertial> <mass value="0.1"/> <inertia ixx="0.0000189" iyy=".0000189583" izz="0.00003125" ixy="0" ixz="0" iyz="0"/> </inertial> </link> <joint name="left_back_wheel_joint" type="continuous"> <axis xyz="0 0 1"/> <parent link="base_link"/> <child link="left_back_wheel"/> <origin rpy="0 1.57075 0" xyz="-0.08 -0.1 -0.03"/> <limit effort="100" velocity="100"/> <joint_properties damping="0.0" friction="0.0"/> </joint> <gazebo reference="left_back_wheel"> <material>Gazebo/Black</material> </gazebo> <link name="camera_link"> <visual> <geometry> <box size=".02 .03 .03"/> </geometry> <material name="white"> <color rgba="1 1 1 1"/> </material> </visual> <collision> <geometry> <box size="0.02 .03 .03"/> </geometry> </collision> <inertial> <mass value="0.1"/> <inertia ixx="0.000010833" iyy="0.000010833" izz="0.000015" ixy="0" ixz="0" iyz="0"/> </inertial> </link> <joint name="tobox" type="fixed"> <parent link="base_link"/> <child link="camera_link"/> <origin xyz="0 0.08 0.025" rpy="0 0 1.57"/> </joint> <gazebo reference="camera"> <material>Gazebo/Blue</material> </gazebo> <gazebo> <plugin name="differential_drive_controller" filename="libgazebo_ros_diff_drive.so"> <leftJoint>left_back_wheel_joint</leftJoint> <rightJoint>right_back_wheel_joint</rightJoint> <robotBaseFrame>base_link</robotBaseFrame> <wheelSeparation>0.14</wheelSeparation> <wheelDiameter>0.05</wheelDiameter> <legacyMode>true</legacyMode> <publishWheelJointState>true</publishWheelJointState> </plugin> <plugin name="differential_drive_controller" filename="libgazebo_ros_diff_drive.so"> <leftJoint>left_front_wheel_joint</leftJoint> <rightJoint>right_front_wheel_joint</rightJoint> <robotBaseFrame>base_link</robotBaseFrame> <wheelSeparation>0.14</wheelSeparation> <wheelDiameter>0.05</wheelDiameter> <legacyMode>true</legacyMode> <publishWheelJointState>true</publishWheelJointState> </plugin> </gazebo> <gazebo reference="camera_link"> <sensor type="camera" name="camera_node"> <update_rate>30.0</update_rate> <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> <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_link</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>
创建启动文件
在launch下创建smartcar_display_gazebo.launch文件
cd ~/SmartCar_ws/src/smartcar_description/launch
gedit smartcar_display_gazebo.launch
smartcar_display_gazebo.launch如下：
<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 smartcar_description)/urdf/SmartCar.urdf'"/>
<!--运行joint_state_publisher节点，发布机器人关节状态-->
<node name = "robot_state_publisher" pkg = "robot_state_publisher" type = "state_publisher">
<param name="publish_frequency" type="double" value="20.0" />
</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 shcrobot -param robot_description"/>
</launch>
启动仿真
cd ~/SmartCar_ws
source ./devel/setup.bash
roslaunch smartcar_description smartcar_display_gazebo.launch
查看摄像头的图
rqt_image_view
这里如图选择
从gazebo左侧拖一个书柜进来看看
让他“飞”起来！！！
rostopic pub -r 10 /cmd_vel geometry_msgs/Twist '{linear: {x: 5, y: 0, z: 0}, angular: {x: 0, y: 0, z: 0}}'
总结
这里不知道是摩擦力的原因还是啥，四轮车在转向上表现的并不理想。。。下一章改成三轮小车吧，后两个轮子驱动，前面一个轮子转向。
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