ROS探索总结（二十四）——使用gazebo中的插件_人工智能

URDF文件完成后，可以在rviz中显示机器人的模型，如果要在gazebo中进行物理环境仿真，还需要为URDF文件加入一些gazebo相关的标签。既然是仿真，那么机器人应该像真在真实环境中一样，可以通过传感器感知周围环境，还可以根据指令进行运动。

在gazebo中可以通过插入一些插件，来仿真机器人的传感器、执行器的特性，这些插件通过<gazebo>元素中的<plugin>标签描述，使用下边的格式加入到URDF文件中：

<gazebo>
  <plugin name="differential_drive_controller" filename="libdiffdrive_plugin.so">
    ... plugin parameters ...
  </plugin>
</gazebo>

当然，这些插件常常需要附着于机器人的某个部分，比如要加入一个激光传感器的插件，那么我们需要将这个插件与机器人模型中的激光传感器link绑定：

<gazebo reference="your_link_name">
  <plugin name="your_link_laser_controller" filename="libgazebo_ros_laser.so">
    ... plugin parameters ...
  </plugin>
</gazebo>

gazebo默认支持不少常用的设备，可以找到ros安装目录中的gazebo_plugins功能包，里边就是所有支持的插件。当然，你也可以自己编写需要的gazebo插件。

下边列出一些常用插件的使用方法:

1．差速驱动插件

很多机器人本体都采用差速驱动的方式，gazebo提供差速机器人的仿真插件，可以直接将下边的代码放到URDF文件中，修改相应的参数，指定运动控制需要订阅的主题，让机器人在gazebo中动起来。

<gazebo>
  <plugin name="differential_drive_controller" filename="libgazebo_ros_diff_drive.so">
    <alwaysOn>true</alwaysOn>
    <updateRate>${update_rate}</updateRate>
    <leftJoint>base_link_right_wheel_joint</leftJoint>
    <rightJoint>base_link_left_wheel_joint</rightJoint>
    <wheelSeparation>0.5380</wheelSeparation>
    <wheelDiameter>0.2410</wheelDiameter>
    <torque>20</torque>
    <commandTopic>cmd_vel</commandTopic>
    <odometryTopic>odom</odometryTopic>
    <odometryFrame>odom</odometryFrame>
    <robotBaseFrame>base_footprint</robotBaseFrame>
  </plugin>
</gazebo>

2．摄像头

在gazebo中也可以让机器人的摄像头看到虚拟的环境，将下边的代码放到URDF文件中，“reference”修改成机器人的摄像头link，还有一些分辨率、刷新率、发布的图像主题等等参数。把机器人模型在gazebo中运行起来后，用image_view或者rviz就可以看到机器人在虚拟环境中的视野了。

<!-- camera -->
  <gazebo reference="camera_link">
    <sensor type="camera" name="camera1">
      <update_rate>30.0</update_rate>
      <camera name="head">
        <horizontal_fov>1.3962634</horizontal_fov>
        <image>
          <width>800</width>
          <height>800</height>
          <format>R8G8B8</format>
        </image>
        <clip>
          <near>0.02</near>
          <far>300</far>
        </clip>
        <noise>
          <type>gaussian</type>
          <!-- Noise is sampled independently per pixel on each frame.
               That pixel's noise value is added to each of its color
               channels, which at that point lie in the range [0,1]. -->
          <mean>0.0</mean>
          <stddev>0.007</stddev>
        </noise>
      </camera>
      <plugin name="camera_controller" filename="libgazebo_ros_camera.so">
        <alwaysOn>true</alwaysOn>
        <updateRate>0.0</updateRate>
        <cameraName>rrbot/camera1</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>

我们来解释一下这个插件中的参数含义：

  <gazebo reference="camera_link">

插件都是用来描述link、joint的，是一种虚无的属性描述，需要关联相应的实体，所以首先我们需要通过reference参数来定义关联的link或者joint。这里我们关联的是camera_link。

<sensor type="camera" name="camera1">

然后声明插件的类型，并为该插件取一个唯一的名称。

<update_rate>30.0</update_rate>

设置摄像头数据更新的最大频率。

        <horizontal_fov>1.3962634</horizontal_fov>
        <image>
          <width>800</width>
          <height>800</height>
          <format>R8G8B8</format>
        </image>
        <clip>
          <near>0.02</near>
          <far>300</far>
        </clip>

再来设置一些摄像头相关的参数，尽量让这些仿真的参数与实际使用的硬件相同。

<plugin name="camera_controller" filename="libgazebo_ros_camera.so">

关联摄像头插件，该插件已经在gazebo中实现，所以直接关联即可。

        <cameraName>rrbot/camera1</cameraName>
        <imageTopicName>image_raw</imageTopicName>
        <cameraInfoTopicName>camera_info</cameraInfoTopicName>
        <frameName>camera_link</frameName>

声明摄像头发布的消息话题，以及数据所在的参考系。

3．Kinect

Kinect在机器人导航中用的也很多，为机器人的kinect link绑定这个kinect插件，我们就可以在gazebo中进行SLAM、导航了，对于一些初学者，就算没有实体机器人，也可以在仿真器中玩转机器人。

<gazebo>
  <plugin name="${link_name}_controller" filename="libgazebo_ros_openni_kinect.so">
    <baseline>0.2</baseline>
    <alwaysOn>true</alwaysOn>
    <updateRate>1.0</updateRate>
    <cameraName>${camera_name}_ir</cameraName>
    <imageTopicName>/${camera_name}/depth/image_raw</imageTopicName>
    <cameraInfoTopicName>/${camera_name}/depth/camera_info</cameraInfoTopicName>
    <depthImageTopicName>/${camera_name}/depth/image_raw</depthImageTopicName>
    <depthImageInfoTopicName>/${camera_name}/depth/camera_info</depthImageInfoTopicName>
    <pointCloudTopicName>/${camera_name}/depth/points</pointCloudTopicName>
    <frameName>${frame_name}</frameName>
    <pointCloudCutoff>0.5</pointCloudCutoff>
    <distortionK1>0.00000001</distortionK1>
    <distortionK2>0.00000001</distortionK2>
    <distortionK3>0.00000001</distortionK3>
    <distortionT1>0.00000001</distortionT1>
    <distortionT2>0.00000001</distortionT2>
    <CxPrime>0</CxPrime>
    <Cx>0</Cx>
    <Cy>0</Cy>
    <focalLength>0</focalLength>
    <hackBaseline>0</hackBaseline>
  </plugin>
</gazebo>

4．激光

有没有感叹过激光传感器太贵了！现在不要9999，不要999，只要把激光传感器的插件放到URDF模型中，上万的激光传感器在gazebo里随便用，妈妈再也不用担心玩机器人败家了。

<gazebo reference="hokuyo_link">
    <sensor type="ray" name="head_hokuyo_sensor">
      <pose>0 0 0 0 0 0</pose>
      <visualize>false</visualize>
      <update_rate>40</update_rate>
      <ray>
        <scan>
          <horizontal>
            <samples>720</samples>
            <resolution>1</resolution>
            <min_angle>-1.570796</min_angle>
            <max_angle>1.570796</max_angle>
          </horizontal>
        </scan>
        <range>
          <min>0.10</min>
          <max>30.0</max>
          <resolution>0.01</resolution>
        </range>
        <noise>
          <type>gaussian</type>
          <!-- Noise parameters based on published spec for Hokuyo laser
               achieving "+-30mm" accuracy at range < 10m.  A mean of 0.0m and
               stddev of 0.01m will put 99.7% of samples within 0.03m of the true
               reading. -->
          <mean>0.0</mean>
          <stddev>0.01</stddev>
        </noise>
      </ray>
      <plugin name="gazebo_ros_head_hokuyo_controller" filename="libgazebo_ros_laser.so">
        <topicName>/rrbot/laser/scan</topicName>
        <frameName>hokuyo_link</frameName>
      </plugin>
    </sensor>
  </gazebo>

当然，实践是第一要义，这些插件用起来效果到底怎么样，还得你上手来试试。ROS中的很多机器人也提供了gazebo中仿真的模型和实验的案例，如果你还不太明白，直接运行这些已有的模型，看看别人写的代码，理解会更快。这里，推荐一个husky机器人的案例，可以在gazebo中SLAM和自主导航。