一、机器人运动控制以及里程计信息显示
- 1.1ros_control 简介
- 1.2运动控制实现流程(Gazebo)
- - 1.2.1为 joint 添加传动装置以及控制器
  - 1.2.2xacro文件集成
  - 1.2.3启动 gazebo并控制机器人运动
- 1.3Rviz查看里程计信息
- - 1.3.1启动 Rviz
  - 1.3.2添加组件
二、雷达信息仿真以及显示
- 2.1流程分析
- 2.2Gazebo 仿真雷达
- - 2.2.1新建 Xacro 文件，配置雷达传感器信息
  - 2.2.2xacro 文件集成
  - 2.2.3启动仿真环境
- 2.3Rviz 显示雷达数据
三、摄像头信息仿真以及显示
- 3.1流程分析
- 3.2Gazebo 仿真摄像头
- - 3.2.1新建 Xacro 文件，配置摄像头传感器信息
  - 3.2.2xacro 文件集成
  - 3.2.3启动仿真环境
- 2.3Rviz 显示摄像头数据
四、kinect信息仿真以及显示
- 4.1流程分析
- 4.2Gazebo仿真Kinect
- - 4.2.1新建 Xacro 文件，配置 kinetic传感器信息
  - 4.2.2xacro 文件集成
  - 4.2.3启动仿真环境
- 4.3Rviz 显示 Kinect 数据
- 4.4kinect 点云数据显示

一、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。

1.1ros_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

1.2运动控制实现流程(Gazebo)

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

1.2.1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>

1.2.2xacro文件集成

<!-- 组合小车底盘与摄像头与雷达 -->
<robot name="my_car" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro">
    <xacro:include filename="head.xacro" />
    <xacro:include filename="demo02_car_base.xacro" />
    <xacro:include filename="demo03_car_camera.xacro" />
    <xacro:include filename="demo04_car_laser.xacro" />

    <!--运动控制-->
    <xacro:include filename="gazebo/move.xacro" />
</robot>

1.2.3启动 gazebo并控制机器人运动

launch文件:

<launch>
    <param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro $(find urdf01_rviz)/urdf/xacro/demo05_car.xacro" />

    <node pkg="rviz" type="rviz" name="rviz" args="-d $(find urdf01_rviz)/config/show_mycar.rviz" />
    <node pkg="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher" name="joint_state_publisher" output="screen" />
    <node pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" name="robot_state_publisher" output="screen" />
    <node pkg="joint_state_publisher_gui" type="joint_state_publisher_gui" name="joint_state_publisher_gui" output="screen" />

</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}}'

1.3Rviz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)。

1.3.1启动 Rviz

launch 文件

<launch>
    <param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro $(find urdf01_rviz)/urdf/xacro/demo05_car.xacro" />

    <node pkg="rviz" type="rviz" name="rviz" args="-d $(find urdf01_rviz)/config/show_mycar.rviz" />
    <node pkg="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher" name="joint_state_publisher" output="screen" />
    <node pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" name="robot_state_publisher" output="screen" />
    

    <!--集成arbotix运动控制节点，并且加载参数-->
    <node name="arbotix" pkg="arbotix_python" type="arbotix_driver" output="screen">
        <rosparam file="$(find urdf01_rviz)/config/control.yaml"  />
        <param name="sim" value="true" />
    </node>


</launch>

1.3.2添加组件

执行 launch 文件后，在 Rviz 中添加图示组件:
在这里插入图片描述

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。

2.1流程分析

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。

2.2Gazebo 仿真雷达

2.2.1新建 Xacro 文件，配置雷达传感器信息

<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>
            <max_angle>3</max_angle>
          </horizontal>
        </scan>
        <range>
          <min>0.10</min>
          <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>

2.2.2xacro 文件集成

!-- 组合小车底盘与摄像头与雷达 -->
<robot name="my_car" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro">
    <xacro:include filename="head.xacro" />
    <xacro:include filename="demo02_car_base.xacro" />
    <xacro:include filename="demo03_car_camera.xacro" />
    <xacro:include filename="demo04_car_laser.xacro" />

    <!--运动控制-->
    <xacro:include filename="gazebo/move.xacro" />
    <!--雷达仿真-->
    <xacro:include filename="gazebo/laser.xacro" />
</robot>

2.2.3启动仿真环境

与上述启动仿真代码相同

2.3Rviz 显示雷达数据

启动 rviz代码与上述相同
添加雷达信息显示插件
在这里插入图片描述

三、摄像头信息仿真以及显示

通过 Gazebo 模拟摄像头传感器，并在 Rviz 中显示摄像头数据。

3.1流程分析

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。

3.2Gazebo 仿真摄像头

3.2.1新建 Xacro 文件，配置摄像头传感器信息

<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>

3.2.2xacro 文件集成

<!-- 组合小车底盘与摄像头与雷达 -->
<robot name="my_car" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro">
    <xacro:include filename="head.xacro" />
    <xacro:include filename="demo02_car_base.xacro" />
    <xacro:include filename="demo03_car_camera.xacro" />
    <xacro:include filename="demo04_car_laser.xacro" />

    <!--运动控制-->
    <xacro:include filename="gazebo/move.xacro" />
    <!--雷达仿真-->
    <xacro:include filename="gazebo/laser.xacro" />
    <!--摄像头仿真-->
    <xacro:include filename="gazebo/camera.xacro" />

</robot>

3.2.3启动仿真环境

与上述启动仿真代码相同

2.3Rviz 显示摄像头数据

启动 rviz代码与上述相同
在 Rviz 中添加摄像头组件
在这里插入图片描述

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。

4.1流程分析

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。

4.2Gazebo仿真Kinect

4.2.1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>

4.2.2xacro 文件集成

<!-- 组合小车底盘与摄像头与雷达 -->
<robot name="my_car" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro">
    <xacro:include filename="head.xacro" />
    <xacro:include filename="demo02_car_base.xacro" />
    <xacro:include filename="demo03_car_camera.xacro" />
    <xacro:include filename="demo04_car_laser.xacro" />

    <!--运动控制-->
    <xacro:include filename="gazebo/move.xacro" />
    <!--雷达仿真-->
    <xacro:include filename="gazebo/laser.xacro" />
    <!--摄像头仿真-->
    <xacro:include filename="gazebo/camera.xacro" />
    <!--深度相机仿真-->
    <xacro:include filename="gazebo/kinect.xacro" />

</robot>

4.2.3启动仿真环境

与上述启动仿真代码相同

4.3Rviz 显示 Kinect 数据

启动 rviz代码与上述相同
启动 rviz,添加摄像头组件查看数据
在这里插入图片描述

4.4kinect 点云数据显示

在kinect中也可以以点云的方式显示感知周围环境，在 rviz 中操作如下:
在这里插入图片描述
问题:在rviz中显示时错位。

原因:在kinect中图像数据与点云数据使用了两套坐标系统，且两套坐标系统位姿并不一致。

解决:
1.在插件中为kinect设置坐标系，修改配置文件的<frameName>标签内容：

<frameName>support_depth</frameName>

2.发布新设置的坐标系到kinect连杆的坐标变换关系，在启动rviz的launch中，添加:

<node pkg="tf2_ros" type="static_transform_publisher" name="static_transform_publisher" args="0 0 0 -1.57 0 -1.57 /support /support_depth" />

3.启动rviz，重新显示。

参考视屏：赵虚左ros入门
在这里插入图片描述

ROS：URDF、Gazebo与Rviz结合使用

目录

一、机器人运动控制以及里程计信息显示

1.1ros_control 简介

1.2运动控制实现流程(Gazebo)

1.2.1为 joint 添加传动装置以及控制器

1.2.2xacro文件集成

1.2.3启动 gazebo并控制机器人运动

1.3Rviz查看里程计信息

1.3.1启动 Rviz

1.3.2添加组件

二、雷达信息仿真以及显示

2.1流程分析

2.2Gazebo 仿真雷达

2.2.1新建 Xacro 文件，配置雷达传感器信息

2.2.2xacro 文件集成

2.2.3启动仿真环境

2.3Rviz 显示雷达数据

三、摄像头信息仿真以及显示

3.1流程分析

3.2Gazebo 仿真摄像头

3.2.1新建 Xacro 文件，配置摄像头传感器信息

3.2.2xacro 文件集成

3.2.3启动仿真环境

2.3Rviz 显示摄像头数据

四、kinect信息仿真以及显示

4.1流程分析

4.2Gazebo仿真Kinect

4.2.1新建 Xacro 文件，配置 kinetic传感器信息

4.2.2xacro 文件集成

4.2.3启动仿真环境

4.3Rviz 显示 Kinect 数据

4.4kinect 点云数据显示

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