ROS入门学习之四机器人仿真

1.机器人模型优化

URDF模型的进化版本---xacro模型文件

精简模型代码

创建宏定义

<xacro:macro name="name" params="A B C"> ... </xacro:macro>

宏调用

<name A="A_value" B="B_value" C="C_value"/>

文件包含

<xacro:inclue filename="$(find mbot_description)/urdf/xacro/mbot_base.xacro" />

提供可编程接口

常量：定义 <xacro:property name="M_PI" value="3.14159">

使用 <origin xyz="0 0 0" rpy="${M_PI/2}0 0">

变量

数学计算 <origin xyz="0 ${(motor_length+wheel_length)/2} 0" rpy="0 0 0">

注意：所有数学运算都会转换成浮点数进行，以保证运算精度

条件语句

模型表示：

方法一 将xacro文件转换成URDF文件后显示

	rosrun xacro xacro.py mbot.xacro > mbot.urdf

方法二 直接调用xacro文件解析器

     <arg name="model" default="$(find xacro)/xacro --inorder '$(find mbot_description)/urdf//xacro/mbot.xacro'" />
    <param name="robot_description" command="$(arg model)" />
    roslaunch mbot_description display_mbot_base_xacro.launch

2.ArbotiX+rviz功能仿真

ArbotiX是什么：

  • 1.一款控制电机、舵机的硬件控制板
  • 2.提供了相应的ROS功能包
  • 3.提供了一个差速控制器，通过接受速度控制指令，更新机器人的里程计状态

安装ArbotiX

Indigo sudo apt-get install ros-indigo-arbotix-*
Kinect git clone https://github.com/vanadiumlabs/arbotix_ros.git 
catkin_make

注意：arbotix_ros中的python文件需要添加可执行权限

配置Arbotix控制器

第一步:创建launch文件

第二步:创建配置文件

第三步:启动仿真器

roslaunch mbot_description arbotix_mbot_with_camera_xacro.launch

第四步:启动键盘控制

roslaunch mbot_teleop mbot_teleop.launch

odom是一个全局坐标系，通过里程计记录机器人当前的运动位姿


导航仿真示例

roslaunch rbx1_bringup fake_turtlebot.launch
roslaunch rbx1_nav fake_amcl.launch map:=test_map.yaml
rosrun rviz rviz -d `rospack find rbx1_nav` /amcl.rviz

3.gazebo物理仿真---ros_control

ros_control是什么

  • 1.ROS为开发者提供的机器人控制中间件
  • 2.包含一系列控制器接口、传动装置接口、硬件接口、控制器工具箱等等
  • 3.可以帮助机器人应用功能包快速落地、提高开发效率
  • 控制器管理器：提供一种通用的接口来管理不同的控制器
  • 控制器：读取硬件状态，发布控制命令，完成每个joint的控制
  • 硬件资源：为上下两层提供硬件资源的接口
  • 机器人硬件抽象：机器人硬件抽象和硬件资源直接打交道，通过write和read方法完成硬件操作
  • 真实机器人：执行接收到的命令

控制器(Controllers):

joint_effort_controller、joint_state_controller、joint_position_controller、joint_velocity_controller

仿真步骤：

1.配置机器人物理仿真模型

第一步：为link添加惯性参数和碰撞属性

第二步：为link添加gazebo标签

第三步：为joint添加传动装置

第四步：添加gazebo控制器插件

  • <robotNamespace>:机器人的命名空间
  • <leftJoint>和<rightJoint>:左右轮转动的关节joint
  • <wheelSeparation>和<wheelDiameter>:机器人模型的相关尺寸，在计算差速参数时需要用到
  • <commandTopic>:控制器订阅的速度控制指令，生成全局命名时需要结合<robotNamespace>中设置的命名空间
  • <odometryFrame>:里程计数据的参考坐标系，ROS中一般都命名为odom

2.创建仿真环境

在gazebo中加载机器人模型

view_mbot_gazebo_empty_world.launch
roslaunch mbot_gazebo view_mbot_gazebo_empty_world.launch

建议：为保证模型顺利加载，请提前将模型文件库下载并放置到~/.gazebo/model下

  • 第一种方法：直接添加环境模型
  • 第二种方法 使用Building Editor

3.开始仿真

启动仿真环境

roslaunch mbot_gazebo view_mbot_gazebo_play_ground.launch
rostopic list

启动键盘控制

roslaunch mbot_teleop mbot_teleop.launch

传感器仿真

摄像头仿真

<sensor>标签：描述传感器

type:传感器类型 camera ;name:摄像头命名，自由设置

<camera>标签：描述摄像头参数

分辨率，编码格式，图像范围，噪音参数等

<plugin>标签：加载摄像头仿真插件

libgazebo_ros_camera.so

设置插件的命名空间、发布图像的话题、参考坐标系等

启动仿真环境

roslaunch mbot_gazebo view_mbot_with_camera_gazebo.launch

查看摄像头仿真图像

rqt_image_view

RGB-D摄像头仿真(kinect)

启动仿真环境

 roslaunch  mbot_gazebo view_mbot_with_kinect_gazebo.launch

在rviz中查看kinect信息

激光雷达仿真

启动仿真环境

roslaunch mbot_gazebo view_mbot_with_laser_gazebo.launch

在rviz中查看激光雷达信息