第 6 章 URDF、Gazebo与Rviz综合应用(自学二刷笔记)

重要参考：

课程链接:https://www.bilibili.com/video/BV1Ci4y1L7ZZ

讲义链接:Introduction · Autolabor-ROS机器人入门课程《ROS理论与实践》零基础教程

6.7 URDF、Gazebo与Rviz综合应用

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，可以模拟外界环境，以及机器人的一些传感器，如何在 Gazebo 中运行这些传感器，并显示这些传感器的数据(机器人的视角)呢？本节主要介绍的重点就是将三者结合：通过 Gazebo 模拟机器人的传感器，然后在 Rviz 中显示这些传感器感知到的数据。主要内容包括：

运动控制以及里程计信息显示
雷达信息仿真以及显示
摄像头信息仿真以及显示
kinect 信息仿真以及显示

另请参考:

Gazebo : Tutorial : Gazebo plugins in ROS

6.7.1 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。

1.ros_control 简介

场景：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

2.运动控制实现流程(Gazebo)

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

2.1 为 joint 添加传动装置以及控制器

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>

2.2 xacro文件集成

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" />

2.3 启动 gazebo并控制机器人运动

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

3.Rviz查看里程计信息

在 Gazebo 的仿真环境中，机器人的里程计信息以及运动朝向等信息是无法获取的，可以通过 Rviz 显示机器人的里程计信息以及运动朝向

里程计: 机器人相对出发点坐标系的位姿状态(X 坐标 Y 坐标 Z坐标以及朝向)。

3.1启动 Rviz

launch 文件

<launch><!-- 启动 rviz --><node pkg="rviz" type="rviz" name="rviz" /><!-- 关节以及机器人状态发布节点 --><node name="joint_state_publisher" pkg="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher" /><node name="robot_state_publisher" pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" /></launch>