ROS中3D机器人建模

Posted 2021-03-11 tanshengjiang

一.创建一个差速驱动移动机器人模型

前面我们已经创建了一个7-DOF机械臂机器人模型,接下来我们将创建一个差速机器人模型，差速轮式机器人在机器人底盘的两端安装两个轮子，

整个底盘由一个或两个脚轮支撑。轮子将通过调节速度来控制机器人的移动速度，如果两个马达以相同的速度运行，轮子会向前或者向后移动。

如果一个轮子的速度比另一个轮子慢，机器人就会偏向低速的那一边。

差速机器人由5个关节和5个连杆，两个主要的关节将轮子连接到机器人上。其余3个是固定关节，2个用于经支撑脚轮连接到机器人主体上，1个

用于将底盘连接到机器人主体上。

差速机器人的连杆与关节连接图如下：

 

 

接下来我们来解析差速机器人的代码，文件为：diff_wheeled_robot.xacro

机器人被命名为differential_wheeled_robot,还包含一个名为wheel.urdf.xacro的URDF文件。xacro文件包含轮子的定义及其传动方式。

如果我们使用该xacro文件，就可以避免为两个轮子写两套定义，因为两个轮子在形状和大小上是相同的，我们采用xacro的定义：

  1 <?xml version="1.0"?>                                                     
  2 <robot name="differential_wheeled_robot" xmlns:xacro="http://ros.org/wiki/    xacro">
  3 
  4   <xacro:include filename="$(find mastering_ros_robot_description_pkg)/urd    f/wheel.urdf.xacro" /> 

 轮子的定义在wheel.urdf.xacro中给出。我们可以指定轮子是否必须放在左边、右边、前面或后面。使用这个宏，我们最多可以创建4个轮子，但目前我们只需要两个：

19   <xacro:macro name="wheel" params="fb lr parent translateX translateY flipY"> <!--   fb : front, back ; lr: left, right -->
20     <link name="${fb}_${lr}_wheel">

 我们还指定了仿真所需的Gazebo参数。这里提到的是与轮子相关的Gazebo参数。我们可以用gazeboreference标签说明摩擦系数和刚度系数：

41     <gazebo reference="${fb}_${lr}_wheel">
42       <mu1 value="1.0"/>
43       <mu2 value="1.0"/>
44       <kp  value="10000000.0" />
45       <kd  value="1.0" />
46       <fdir1 value="1 0 0"/>
47       <material>Gazebo/Grey</material>
48       <turnGravityOff>false</turnGravityOff>
49     </gazebo>

 我们为轮子定义的关节是连续转动关节，因为在轮子关节中没有任何限值，这里的parent link是机器人底盘，child link是每个轮子：

51     <joint name="${fb}_${lr}_wheel_joint" type="continuous">
52       <parent link="${parent}"/>
53       <child link="${fb}_${lr}_wheel"/>
54       <origin xyz="${translateX * base_x_origin_to_wheel_origin} ${translateY * bas   e_y_origin_to_wheel_origin} ${base_z_origin_to_wheel_origin}" rpy="0 0 0" /> 

 我们还需要设定每个轮子的transmission标签。该轮子的宏定义如下：

60     <!-- Transmission is important to link the joints and the controller -->
61     <transmission name="${fb}_${lr}_wheel_joint_trans">
62       <type>transmission_interface/SimpleTransmission</type>
63       <joint name="${fb}_${lr}_wheel_joint" />
64       <actuator name="${fb}_${lr}_wheel_joint_motor">
65         <hardwareInterface>EffortJointInterface</hardwareInterface>
66         <mechanicalReduction>1</mechanicalReduction>
67       </actuator>
68     </transmission>
69    
70   </xacro:macro>
71 </robot>                   

 在diff_wheeled_robot.xacro中，我们可以用以下命令来使用wheel.urdf.xacro中定义的宏：

241   <wheel fb="front" lr="right" parent="base_link" translateX="0" translateY="0.5"     flipY="1"/>
242   <wheel fb="front" lr="left" parent="base_link" translateX="0" translateY="-0.5"     flipY="1"/>

 使用前面的几行代码，我们定义了机器人底盘的左侧和右侧的轮子。机器人底盘是圆柱形的。

下面给出了惯性计算的宏定义，xacro代码段将使用圆柱的质量、半径和高度来计算惯性张量，代码如下：

72   <!-- Macro for calculating inertia of cylinder -->
 73   <xacro:macro name="cylinder_inertia" params="m r h">
 74     <inertia  ixx="${m*(3*r*r+h*h)/12}" ixy = "0" ixz = "0"
 75               iyy="${m*(3*r*r+h*h)/12}" iyz = "0"
 76               izz="${m*r*r/2}" /> 
 77   </xacro:macro>

 

下面给出了启动文件的定义，可用于在RViz中显示该机器人模型。启动文件命名为view_mobile_robot.launch：

 1 <launch>                                                                           
 2     <arg name="model" />
 3     <!-- Parsing xacro and setting robot_description parameter -->
 4     <param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro --inorder $(find m   astering_ros_robot_description_pkg)/urdf/diff_wheeled_robot.xacro" />
 5     <!-- Setting gui parameter to true for display joint slider -->
 6     <param name="use_gui" value="true"/>
 7     <!-- Starting Joint state publisher node which will publish the joint values --   >
 8     <node name="joint_state_publisher" pkg="joint_state_publisher" type="joint_stat   e_publisher" />
 9     <!-- Starting robot state publish which will publish tf -->
10     <node name="robot_state_publisher" pkg="robot_state_publisher" type="state_publ   isher" />
11     <!-- Launch visualization in rviz -->
12     <node name="rviz" pkg="rviz" type="rviz" args="-d $(find mastering_ros_robot_de   scription_pkg)/urdf.rviz" required="true" />
13 </launch>

 与机械臂URDF文件相比较，唯一区别是名称不同，其他部分都是一样的。

我们用以下命令查看移动机器人：

$roslaunch mastering_ros_robot_description_pkg view_mobile_robot.launch

机器人如下：