ROS和Gazebo进行机器人仿真

Posted 2021-03-10 tanshengjiang

Gazebo是一种多机器人仿真器，可用于室内外机器人仿真。Gazebo在ROS中有良好的接口，包含ROS和Gazebo的所有控制。

若要实现ROS到Gazebo的通信，我们必须安装ROS-Gazebo接口。

应该安装以下软件包：

$ sudo apt install ros-melodic-gazebo-ros-pkgs  ros-melodic-gazebo-msgs  ros-melodic-gazebo-plugins  ros-melodic-gazebo-ros-control

*gazebo_ros_pkgs : 它包含用于将ROS和Gazebo连接的封装和工具。

*gazebo-msgs : 它包含ROS和Gazebo交互的消息和服务的数据结构。

*gazebo-plugins : 它包含用于传感器、执行结构的Gazebo插件。

*gazebo-ros-control : 它包含用于在ROS和Gazebo之间通信的标准控制器。

安装后，请使用以下命令检查Gazebo是否安装正确：

$ roscore & rosrun gazebo_ros gazebo

 

一.为Gazebo创建机械臂仿真模型

我们可以通过添加仿真参数来更新现有的机器人描述，从而创建一个机械臂仿真模型。

我们需要去创建一个软件包：

$ catkin_create_pkg seven_dof_arm_gazebo gazebo_msgs gazebo_plugins gazebo_ros gazebo_ros_control mastering_ros_robot_description_pkg

也可以在相应的Git库中获得完整的软件包。如下：

$ git clone https://github.com/jocacace/seven_dof_arm_gazebo.git

可以在seven_dof_arm.xacro文件中看到机器人的完整仿真模型，上一章讲过。

该文件包含了URDF标签，这对于仿真是必要的，我们将定义碰撞、惯性、传动、关节、连杆、以及Gazebo。

我们可以使用seven_dof_arm_gazebo软件包来启动现有的仿真模型，启动文件为：seven_dof_arm_world.launch的启动文件。

代码如下：

 1 <launch>                                                                           
 2 
 3   <!-- these are the arguments you can pass this launch file, for example paused:=t   rue -->
 4   <arg name="paused" default="false"/>
 5   <arg name="use_sim_time" default="true"/>
 6   <arg name="gui" default="true"/>
 7   <arg name="headless" default="false"/>
 8   <arg name="debug" default="false"/>
 9 
10   <!-- We resume the logic in empty_world.launch -->
11   <include file="$(find gazebo_ros)/launch/empty_world.launch">
12     <arg name="debug" value="$(arg debug)" />
13     <arg name="gui" value="$(arg gui)" />
14     <arg name="paused" value="$(arg paused)"/>
15     <arg name="use_sim_time" value="$(arg use_sim_time)"/>
16     <arg name="headless" value="$(arg headless)"/>
17   </include>
18 
19   <!-- Load the URDF into the ROS Parameter Server -->
20   <param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro --inorder ‘$(find ma   stering_ros_robot_description_pkg)/urdf/seven_dof_arm.xacro‘" /> 
21 
22 
23   <!-- Run a python script to the send a service call to gazebo_ros to spawn a URDF    robot -->
24   <node name="urdf_spawner" pkg="gazebo_ros" type="spawn_model" respawn="false" out   put="screen"
25     args="-urdf -model seven_dof_arm -param robot_description"/> 
26 
27 
28 </launch> 

 启动以下命令来显示仿真机械臂

$ roslaunch seven_dof_arm_gazebo seven_dof_arm_world.launch

模型如下：

 

 

接下来我们来详细的讨论一下机器人的仿真模型文件

 

1.为Gazebo机器人模型添加颜色和纹理

在机器人仿真中我们可以看到每个连杆都有不同的颜色和纹理。在xacro文件中，下面的标签可以为机器人的连杆提供纹理和颜色：

140   <gazebo reference="bottom_link">
141     <material>Gazebo/White</material>
142   </gazebo>

172   <gazebo reference="base_link">
173     <material>Gazebo/White</material>
174   </gazebo>

210   <gazebo reference="shoulder_pan_link">
211     <material>Gazebo/Red</material>
212   </gazebo>

 

2.添加transmission标签来启动模型

为了使用ROS控制器来启动机器人，我们需要定义<transmission>(传动)标签来连接执行机构和关节，以下是为传动的宏：

 92    <xacro:macro name="transmission_block" params="joint_name">
 93       <transmission name="tran1">
 94         <type>transmission_interface/SimpleTransmission</type>
 95         <joint name="${joint_name}">
 96           <hardwareInterface>hardware_interface/PositionJointInterface</hardwareIn    terface>
 97         </joint>
 98         <actuator name="motor1">
 99           <hardwareInterface>hardware_interface/PositionJointInterface</hardwareIn    terface>
100           <mechanicalReduction>1</mechanicalReduction>
101         </actuator>
102       </transmission>
103    </xacro:macro>

 在这里<joint name="">是连接启动器的关节。<type>标签是传动类型。目前，仅支持简单的传动transmission_interface/SimpleTransmission. <hardwareInterface>

标签是要加载的硬件接口类型（位置、速度或力度），在该示例中，使用了位置控制硬件接口。这个硬件接口由gazebo_ros_control插件加载，下一节将看到。

 

3.添加gazebo_ros_control插件

在添加传动标签后，我们应该在仿真模型中添加gazebo_ros_control插件来解析传动标签并分配适当的硬件接口和控制管理器。代码如下：

563   <gazebo>
564     <plugin name="gazebo_ros_control" filename="libgazebo_ros_control.so">
565       <robotNamespace>/seven_dof_arm</robotNamespace>
566     </plugin>
567   </gazebo>
568 

<plugin>标签指定了要加载的插件名是libgazebo_ros_control.so。可以将<robotNamespace>标签作为机器人的名称，

如果我们没有指定名称，它将从URDF 自动加载机器人的名称。我们还可以在参数服务器（<robotParam>)上指定控制器刷新速率(<control-Period>),robot_description(URDF)

的位置以及机器人硬件接口的类型(<robotSimType>).默认的硬件接口可以是：JointStateInerface、EffortJointInterface或VelocityJointInterface.

 

4.在Gazebo中添加3D视觉传感器