URDF、Gazebo与Rviz综合应用

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

一、机器人运动控制以及里程计信息显示

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)

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

（1）为 joint 添加传动装置以及控制器

新建xacro文件：move.xacro

<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）xacro文件集成

<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>

备注：有些xacro文件之前的文档里面有写过

（3）启动 gazebo并控制机器人运动

<launch>
    <!-- 将 Urdf 文件的内容加载到参数服务器 -->
    <param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro $(find urdf02_gazebo)/xacro/car.urdf.xacro" />
    <!-- 启动 gazebo -->
    <include file="$(find gazebo_ros)/launch/empty_world.launch">
        <arg name="world_name" value="$(find urdf02_gazebo)/worlds/box_house.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

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)

（1）启动 Rviz：

新建launch文件：demo04_sensor.launch

<launch>
    <!-- 启动 rviz -->
    <node pkg="rviz" type="rviz" name="rviz" args="-d $(find urdf01_rviz)/config/show_mycar.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>

添加组件

备注：启动rviz之前需要启动gazebo

二、雷达信息仿真以及显示

通过 Gazebo 模拟激光雷达传感器，并在 Rviz 中显示激光数据。

雷达仿真基本流程:

已经创建完毕的机器人模型，编写一个单独的 xacro 文件，为机器人模型添加雷达配置
将此文件集成进xacro文件
启动 Gazebo，使用 Rviz 显示雷达信息

1、新建雷达xacro文件：laser.xacro

<robot name="my_sensors" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro">

  <!-- 雷达 -->
  <gazebo reference="laser">
    <sensor type="ray" name="rplidar">
      <pose>0 0 0 0 0 0</pose>
      <visualize>true</visualize>
      <update_rate>5.5</update_rate>
      <ray>
        <scan>
          <horizontal>
            <samples>360</samples>
            <resolution>1</resolution>
            <min_angle>-3</min_angle> // 采样范围，单位弧度
            <max_angle>3</max_angle>
          </horizontal>
        </scan>
        <range>
          <min>0.10</min> // 采样范围
          <max>30.0</max>
          <resolution>0.01</resolution>
        </range>
        <noise>
          <type>gaussian</type>
          <mean>0.0</mean>
          <stddev>0.01</stddev>
        </noise>
      </ray>
      <plugin name="gazebo_rplidar" filename="libgazebo_ros_laser.so">
        <topicName>/scan</topicName>
        <frameName>laser</frameName>
      </plugin>
    </sensor>
  </gazebo>

</robot>

2、xacro 文件集成

<robot name="mycar" xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro">

    <xacro:include filename="head.xacro"/>

    <xacro:include filename="demo05_car_base.urdf.xacro"/>
    <xacro:include filename="demo06_camera.urdf.xacro"/>
    <xacro:include filename="demo07_laser.urdf.xacro"/>

    <xacro:include filename="gazebo/move.xacro"/>
    <xacro:include filename="gazebo/laser.xacro"/>
</robot>

启动gazebo：

启动rviz：

三、摄像头信息仿真以及显示

摄像头仿真基本流程:

已经创建完毕的机器人模型，编写一个单独的 xacro 文件，为机器人模型添加摄像头配置；
将此文件集成进xacro文件；
启动 Gazebo，使用 Rviz 显示摄像头信息。

1、新建摄像头xacro文件：camera.xacro

<robot name="my_sensors" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro">
  <!-- 被引用的link -->
  <gazebo reference="camera">
    <!-- 类型设置为 camara -->
    <sensor type="camera" name="camera_node">
      <update_rate>30.0</update_rate> <!-- 更新频率 -->
      <!-- 摄像头基本信息设置 -->
      <camera name="head">
        <horizontal_fov>1.3962634</horizontal_fov>
        <image>
          <width>1280</width>
          <height>720</height>
          <format>R8G8B8</format>
        </image>
        <clip>
          <near>0.02</near>
          <far>300</far>
        </clip>
        <noise>
          <type>gaussian</type>
          <mean>0.0</mean>
          <stddev>0.007</stddev>
        </noise>
      </camera>
      <!-- 核心插件 -->
      <plugin name="gazebo_camera" filename="libgazebo_ros_camera.so">
        <alwaysOn>true</alwaysOn>
        <updateRate>0.0</updateRate>
        <cameraName>/camera</cameraName>
        <imageTopicName>image_raw</imageTopicName>
        <cameraInfoTopicName>camera_info</cameraInfoTopicName>
        <frameName>camera</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>
</robot>

2、xacro 文件集成

<robot name="mycar" xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro">

    <xacro:include filename="head.xacro"/>

    <xacro:include filename="demo05_car_base.urdf.xacro"/>
    <xacro:include filename="demo06_camera.urdf.xacro"/>
    <xacro:include filename="demo07_laser.urdf.xacro"/>

    <xacro:include filename="gazebo/move.xacro"/>
    <xacro:include filename="gazebo/laser.xacro"/>
    <xacro:include filename="gazebo/camera.xacro"/>
</robot>

运行gazebo：

运行rviz：

系统崩了。没有截图

后来查询原因，是因为gazebo和rviz版本不匹配导致，之前系统默认下载的是低版本的gazebo，需要升级到高版本。

升级方式：

ubuntu 16.04 下Gazebo摄像头仿真时，运行rviz报错，摄像头不显示解决blog.csdn.net/weixin_46600400/article/details/116926748

四、kinect信息仿真以及显示

通过 Gazebo 模拟kinect摄像头，并在 Rviz 中显示kinect摄像头数据。

kinect摄像头仿真基本流程:

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kinect摄像头配置；
将此文件集成进xacro文件；
启动 Gazebo，使用 Rviz 显示kinect摄像头信息。

1、新建 Xacro 文件，配置 kinetic传感器信息

<robot name="my_sensors" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro">
    <gazebo reference="support">  
      <sensor type="depth" name="camera">
        <always_on>true</always_on>
        <update_rate>20.0</update_rate>
        <camera>
          <horizontal_fov>${60.0*PI/180.0}</horizontal_fov>
          <image>
            <format>R8G8B8</format>
            <width>640</width>
            <height>480</height>
          </image>
          <clip>
            <near>0.05</near>
            <far>8.0</far>
          </clip>
        </camera>
        <plugin name="kinect_camera_controller" filename="libgazebo_ros_openni_kinect.so">
          <cameraName>camera</cameraName>
          <alwaysOn>true</alwaysOn>
          <updateRate>10</updateRate>
          <imageTopicName>rgb/image_raw</imageTopicName>
          <depthImageTopicName>depth/image_raw</depthImageTopicName>
          <pointCloudTopicName>depth/points</pointCloudTopicName>
          <cameraInfoTopicName>rgb/camera_info</cameraInfoTopicName>
          <depthImageCameraInfoTopicName>depth/camera_info</depthImageCameraInfoTopicName>
          <frameName>support</frameName>
          <baseline>0.1</baseline>
          <distortion_k1>0.0</distortion_k1>
          <distortion_k2>0.0</distortion_k2>
          <distortion_k3>0.0</distortion_k3>
          <distortion_t1>0.0</distortion_t1>
          <distortion_t2>0.0</distortion_t2>
          <pointCloudCutoff>0.4</pointCloudCutoff>
        </plugin>
      </sensor>
    </gazebo>

</robot>

备注：将摄像头支架当做深度相机

2、xacro 文件集成

<robot name="mycar" xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro">

    <xacro:include filename="head.xacro"/>

    <xacro:include filename="demo05_car_base.urdf.xacro"/>
    <xacro:include filename="demo06_camera.urdf.xacro"/>
    <xacro:include filename="demo07_laser.urdf.xacro"/>

    <xacro:include filename="gazebo/move.xacro"/>
    <xacro:include filename="gazebo/laser.xacro"/>
    <xacro:include filename="gazebo/camera.xacro"/>
    <xacro:include filename="gazebo/kinect.xacro"/>
</robot>

gazebo启动：

rviz启动：

又崩了，尚未解决

目前已解决。

参考：

6.7 URDF、Gazebo与Rviz综合应用www.autolabor.com.cn/book/ROSTutorials/di-6-zhang-j

URDF、Gazebo与Rviz综合应用

门前小恐龙

一、机器人运动控制以及里程计信息显示

1、ros_control 简介

2、运动控制实现流程(Gazebo)

3、Rviz查看里程计信息

二、雷达信息仿真以及显示

1、新建雷达xacro文件：laser.xacro

2、xacro 文件集成

三、摄像头信息仿真以及显示

1、新建摄像头xacro文件：camera.xacro

2、xacro 文件集成

四、kinect信息仿真以及显示

1、新建 Xacro 文件，配置 kinetic传感器信息

2、xacro 文件集成

为你推荐

精选ros入门

问题解决-----ubuntu16.04不能进入系统界面，总在登录界面循环，只能以客人会话的方式进入

ROS创建工作空间以及功能包

机器人SLAM与自主导航（一）——理论基础

ROS基础四之roscpp/rospy节点编写

ROS入门21讲笔记——10、TF坐标系广播与监听的编程实现

评论（0）

关于作者

门前小恐龙

8

0

0

1

机器人导航(仿真)-02

机器人系统仿真（URDF）

URDF集成Gazebo

相关推荐

踩坑rosbag --clock（上、下集）

ROS入门21讲笔记——1、Linux系统基础操作和ROS安装

古月21讲在学习发布topic时rosrun出现问题ModuleNotFoundError: No module named 'learning_topic'

10.ROS入门学习 - 手工创建一个Package

教程 | ROS中Gazebo版本升级更新以及环境太暗解决方案

阿克曼结构移动机器⼈的gazebo仿真（四）

热门泡泡

30积分 失眠，聊聊自己搞ROS的心得体会吧

ros学习路线

30积分 TF_REPEATED_DATA ignoring data错误

各位大佬，有什么ROS定位算法推荐吗

5积分 想买能用ROS2的开发套件。或者开发板

5积分 ros中启动gazebo时报错

给作者打赏

忘记密码

修改头像

添加你感兴趣的标签

举报类型（必选）

举报详情（选填）

30积分失眠，聊聊自己搞ROS的心得体会吧

5积分想买能用ROS2的开发套件。或者开发板