机器人系统仿真

0、何为仿真

通过计算机对实体机器人系统进行模拟的技术。

1、为何仿真

低成本： 机器人实体一般价格昂贵，为降低机器人学习、调试的成本；
高效： 搭建的环境更为多样且灵活，可以提高测试效率以及测试覆盖率；
高安全性： 仿真环境下，无需要考虑耗损问题。

2、仿真技术的内容与要求

1、【建模】学习如何创建并显示机器人模型
能够独立使用urdf创建机器人模型，并在Rviz与Gazebo中分别显示；
2、【搭建环境】学习如何搭建仿真环境
能够使用Gazebo搭建仿真环境；
3、【感知环境】学习如何实现机器人模型与仿真环境的交互
能够使用机器人模型中的传感器【相机、雷达…】获取仿真环境数据Rviz。

2.0、介绍创建ros包的流程。

创建工作空间
创建Ros包
编写源码
编译
运行包

2.0.1 创建工作空间【并初始化】


mkdir -p catkin_ws/src                       // 若创建嵌套文件夹，必须使用 -p，创建单个文件夹则不用

cd catkin_ws                                           // 进入该工作空间

catkin_make                                           // 初始化工作空间

2.0.2 创建Ros包【使用依赖】


cd src													// 进入工作空间的src内

catkin_create_pkg ros_test roscpp rospy std_msgs

2.0.3 编写源码


cd catkin_ws/src/ros_test/src

编写 src 内的源码文件 ***.cpp


cd catkin_ws/src/ros_test

改写 ros_test 内的 CMakeLists.txt 文件

2.0.4 编译Ros包


cd catkin_ws

catkin_make

2.0.5 运行Ros包


// 新开终端，执行
roscore

//另一终端执行
ca catkin_ws
source devel/setup.bash
rosrun ros_test ros_test_node				// rusrun 包名 节点名

3、 URDF

URDF是 Unified Robot Description Format 的首字母缩写，直译为 统一(标准化)机器人描述格式 ，可以以一种 XML 的方式描述机器人的部分结构，比如底盘、摄像头、激光雷达、机械臂以及不同关节的自由度…,该文件可以被 C++ 内置的解释器转换成可视化的机器人模型，是 ROS 中实现机器人仿真的重要组件。

URDF 不能单独使用，需要结合 Rviz 或 Gazebo，URDF 只是一个文件，需要在 Rviz 或 Gazebo 中渲染成图形化的机器人模型。

4、 URDF 集成 Rviz 流程

1. 准备： 新建功能包，导入依赖；

创建一个新的功能包，导入依赖 urdf xacro

// 创建工作空间 并 初始化
mkdir -p catkin_ws/src
cd catkin_ws
catkin_make

// 创建功能包 并 导入依赖
cd catkin_ws/src/
catkin_create_pkg ros_test urdf xacro

在当前功能包下，再新建几个目录：
- urdf：存储urdf文件的目录
- meshes：存储机器人模型渲染文件
- config：存储配置文件，比如 **.rviz 文件
- launch：存储launch启动文件

// 功能包内新建文件夹
cd catkin_ws/src/ros_test
mkdir -p urdf/urdf    // 此为创建均为urdf的两层目录，也可以只创建一层urdf目录【双层是为了之后建urdf/xacro】
mkdir meshes
mkdir config
mkdir launch

2.1 核心： 编写【 urdf 文件】与 launch 文件

// 创建urdf文件，并填入相应内容
cd catkin_ws/src/ros_test/urdf/urdf
gedit urdf01_HelloWorld.urdf

// 填入如下内容

<robot name="mycar">
    <link name="base_link">
        <visual>
            <geometry>
                <box size="0.5 0.2 0.1" />
            </geometry>
        </visual>
    </link>
</robot>

// 解释urdf文件
一、robot
urdf 中为了保证 xml 语法的完整性，使用了robot标签作为根标签，
所有的 link 和 joint 以及其他标签都必须包含在 robot 标签内,在该标签内可以通过 name 属性设置机器人模型的名称

1.属性
name: 指定机器人模型的名称

2.子标签

其他标签都是子级标签

```cpp

// 解释urdf文件
二、link

urdf 中的 link 标签用于描述机器人某个部件(也即刚体部分)的外观和物理属性，比如: 机器人底座、轮子、激光雷达、摄像头...
          每一个部件都对应一个 link, 在 link 标签内，可以设计该部件的形状、尺寸、颜色、惯性矩阵、碰撞参数等一系列属性

1.属性
    name ---> 为连杆命名

2.子标签
    visual ---> 描述外观(对应的数据是可视的)

        geometry 设置连杆的形状

            标签1: box(盒状)
                属性:size=长(x) 宽(y) 高(z)

            标签2: cylinder(圆柱)
                属性:radius=半径 length=高度

            标签3: sphere(球体)
                属性:radius=半径

            标签4: mesh(为连杆添加皮肤)
                属性: filename=资源路径(格式:package://<packagename>/<path>/文件)

        origin 设置偏移量与倾斜弧度

            属性1: xyz=x偏移 y便宜 z偏移

            属性2: rpy=x翻滚 y俯仰 z偏航 (单位是弧度)

        metrial 设置材料属性(颜色)

            属性: name

            标签: color
                属性: rgba=红绿蓝权重值与透明度 (每个权重值以及透明度取值[0,1])

    collision ---> 连杆的碰撞属性

    Inertial ---> 连杆的惯性矩阵

在此，只演示visual使用。

link 案例

需求:分别生成长方体、圆柱与球体的机器人部件

URDF文件示例如下:

    <link name="base_link">
        <visual>
            <!-- 形状 -->
            <geometry>
                <!-- 长方体的长宽高 -->
                <!-- <box size="0.5 0.3 0.1" /> -->
                <!-- 圆柱，半径和长度 -->
                <!-- <cylinder radius="0.5" length="0.1" /> -->
                <!-- 球体，半径-->
                <!-- <sphere radius="0.3" /> -->

            </geometry>
            <!-- xyz坐标 rpy翻滚俯仰与偏航角度(3.14=180度 1.57=90度) -->
            <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
            <!-- 颜色: r=red g=green b=blue a=alpha -->
            <material name="black">
                <color rgba="0.7 0.5 0 0.5" />
            </material>
        </visual>
    </link>

在这里插入图片描述

// 解释urdf文件
三、joint

urdf 中的 joint 标签用于描述机器人关节的运动学和动力学属性，还可以指定关节运动的安全极限，机器人的两个部件(分别称之为 parent link 与 child link)以"关节"的形式相连接，不同的关节有不同的运动形式: 旋转、滑动、固定、旋转速度、旋转角度限制....,比如:安装在底座上的轮子可以360度旋转，而摄像头则可能是完全固定在底座上。

joint标签对应的数据在模型中是不可见的
1.属性

    name ---> 为关节命名

    type ---> 关节运动形式

        continuous: 旋转关节，可以绕单轴无限旋转

        revolute: 旋转关节，类似于 continues,但是有旋转角度限制

        prismatic: 滑动关节，沿某一轴线移动的关节，有位置极限

        planer: 平面关节，允许在平面正交方向上平移或旋转

        floating: 浮动关节，允许进行平移、旋转运动

        fixed: 固定关节，不允许运动的特殊关节

2.子标签

    parent(必需的)

    parent link的名字是一个强制的属性：
        link:父级连杆的名字，是这个link在机器人结构树中的名字。

    child(必需的)

    child link的名字是一个强制的属性：
        link:子级连杆的名字，是这个link在机器人结构树中的名字。

    origin
        属性: xyz=各轴线上的偏移量 rpy=各轴线上的偏移弧度。

    axis
        属性: xyz用于设置围绕哪个关节轴运动。

joint 案例

需求:创建机器人模型，底盘为长方体，在长方体的前面添加一摄像头，摄像头可以沿着 Z 轴 360 度旋转。

URDF文件示例如下:

<!-- 
    需求: 创建机器人模型，底盘为长方体，
         在长方体的前面添加一摄像头，
         摄像头可以沿着 Z 轴 360 度旋转

 -->
<robot name="mycar">
    <!-- 底盘 -->
    <link name="base_link">
        <visual>
            <geometry>
                <box size="0.5 0.2 0.1" />
            </geometry>
            <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
            <material name="blue">
                <color rgba="0 0 1.0 0.5" />
            </material>
        </visual>
    </link>

    <!-- 摄像头 -->
    <link name="camera">
        <visual>
            <geometry>
                <box size="0.02 0.05 0.05" />
            </geometry>
            <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
            <material name="red">
                <color rgba="1 0 0 0.5" />
            </material>
        </visual>
    </link>

    <!-- 关节 -->
    <joint name="camera2baselink" type="continuous">
        <parent link="base_link"/>
        <child link="camera" />
        <!-- 需要计算两个 link 的物理中心之间的偏移量 -->
        <origin xyz="0.2 0 0.075" rpy="0 0 0" />
        <axis xyz="0 0 1" />
    </joint>

</robot>

2.2 核心： 编写 urdf 与【 launch 文件】

编写launch文件， launch文件示例如下：

cd launch 
gedit

<launch>

    <param name="robot_description" textfile="$(find urdf_rviz_demo)/urdf/urdf/urdf03_joint.urdf" />
    <node pkg="rviz" type="rviz" name="rviz" args="-d $(find urdf_rviz_demo)/config/helloworld.rviz" /> 

    <!-- 添加关节状态发布节点 -->
    <node pkg="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher" name="joint_state_publisher" />
    <!-- 添加机器人状态发布节点 -->
    <node pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" name="robot_state_publisher" />
    <!-- 可选:用于控制关节运动的节点 -->
    <node pkg="joint_state_publisher_gui" type="joint_state_publisher_gui" name="joint_state_publisher_gui" />

</launch>

3. 核心： 在launch文件集成URDF与Rviz；

在 launch 目录下，新建一个launch文件，该 launch 文件需要启动 Rviz，并导入 urdf 文件【此处的包名应为 ros_test】，Rviz 启动后可以自动载入解析urdf文件，并显示机器人模型，核心问题:如何导入 urdf 文件? 在 ROS 中，可以将 urdf 文件的路径设置到参数服务器，使用的参数名是:robot_description,示例代码如下:

cd catkin_ws/src/ros_test/launch
gedit urdf01_HelloWorld.launch
// 填入如下内容

<launch>

    <!-- 设置参数 -->
    <param name="robot_description" textfile="$(find 包名)/urdf/urdf/urdf01_HelloWorld.urdf" />

    <!-- 启动 rviz -->
    <node pkg="rviz" type="rviz" name="rviz" />

</launch>

4. 1 显示： 在Rviz中显示机器人模型。

roslaunch ros_test urdf01_HelloWorld.launch

rviz 启动后，会发现并没有盒装的机器人模型，这是因为默认情况下没有添加机器人显示组件，需要手动添加，添加方式如下:

设置完毕后，可以正常显示了

4. 2.优化 rviz 启动

重复启动launch文件时，Rviz 之前的组件配置信息不会自动保存，需要重复执行步骤4的操作，为了方便使用，可以使用如下方式优化:
首先，将当前配置保存进config目录

// 在当前路径下：
catkin_ws/src/ros_test/config/
// 保存rivz配置文件
show_mycar.rviz

在这里插入图片描述

然后，urdf01_HelloWorld.launch文件中 Rviz 的启动配置添加参数:args,值设置为-d 配置文件路径

<launch>
    <param name="robot_description" textfile="$(find 包名)/urdf/urdf/urdf01_HelloWorld.urdf" />
    <node pkg="rviz" type="rviz" name="rviz" args="-d $(find 报名)/config/rviz/show_mycar.rviz" />
</launch>

最后再启动时，就可以包含之前的组件配置了，使用更方便快捷。

5、 xacro 集成Rviz【单个xacro文件】


// 创建工作空间 并 初始化
mkdir -p catkin_ws/src
cd catkin_ws
catkin_make

// 创建ros功能包
cd catkin_ws/src
catkin_create_pkg demo_pkg urdf xacro

// 功能包内创建多个文件夹
cd catkin_ws/src/demo_pkg
mkdir -p urdf/xacro
mkdir launch
mkdir config

cd urdf/xacro
gedit my_car.urdf.xacro
// 填入如下内容

<robot name="my_base" xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro">
    <!---->
    <xacro:property name="PI" value="3.141"/>
    <!--  -->
    <material name="black">
        <color rgba="0.0 0.0 0.0 1.0" />
    </material>
    <!--  -->
    <xacro:property name="base_footprint_radius" value="0.001" /> <!-- base_footprint   -->
    <xacro:property name="base_link_radius" value="0.1" /> <!-- base_link  -->
    <xacro:property name="base_link_length" value="0.08" /> <!-- base_link -->
    <xacro:property name="earth_space" value="0.015" /> <!--  -->

    <!--  -->
    <link name="base_footprint">
      <visual>
        <geometry>
          <sphere radius="${base_footprint_radius}" />
        </geometry>
      </visual>
    </link>

    <link name="base_link">
      <visual>
        <geometry>
          <cylinder radius="${base_link_radius}" length="${base_link_length}" />
        </geometry>
        <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
        <material name="yellow">
          <color rgba="0.5 0.3 0.0 0.5" />
        </material>
      </visual>
    </link>

    <joint name="base_link2base_footprint" type="fixed">
      <parent link="base_footprint" />
      <child link="base_link" />
      <origin xyz="0 0 ${earth_space + base_link_length / 2 }" />
    </joint>

    <!--  -->
    <!--  -->
    <xacro:property name="wheel_radius" value="0.0325" /><!--  -->
    <xacro:property name="wheel_length" value="0.015" /><!-- -->
    <!--  -->
    <xacro:macro name="add_wheels" params="name flag">
      <link name="${name}_wheel">
        <visual>
          <geometry>
            <cylinder radius="${wheel_radius}" length="${wheel_length}" />
          </geometry>
          <origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="${PI / 2} 0.0 0.0" />
          <material name="black" />
        </visual>
      </link>

      <joint name="${name}_wheel2base_link" type="continuous">
        <parent link="base_link" />
        <child link="${name}_wheel" />
        <origin xyz="0 ${flag * base_link_radius} ${-(earth_space + base_link_length / 2 - wheel_radius) }" />
        <axis xyz="0 1 0" />
      </joint>
    </xacro:macro>
    <xacro:add_wheels name="left" flag="1" />
    <xacro:add_wheels name="right" flag="-1" />
    <!--  -->
    <!--  -->
    <xacro:property name="support_wheel_radius" value="0.0075" /> <!--  -->

    <!--  -->
    <xacro:macro name="add_support_wheel" params="name flag" >
      <link name="${name}_wheel">
        <visual>
            <geometry>
                <sphere radius="${support_wheel_radius}" />
            </geometry>
            <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
            <material name="black" />
        </visual>
      </link>

      <joint name="${name}_wheel2base_link" type="continuous">
          <parent link="base_link" />
          <child link="${name}_wheel" />
          <origin xyz="${flag * (base_link_radius - support_wheel_radius)} 0 ${-(base_link_length / 2 + earth_space / 2)}" />
          <axis xyz="1 1 1" />
      </joint>
    </xacro:macro>

    <xacro:add_support_wheel name="front" flag="1" />
    <xacro:add_support_wheel name="back" flag="-1" />

</robot>

cd launch
gedit my_car.launch
// 填入如下内容

<launch>
    <param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro $(find demo64)/urdf/xacro/my_car.urdf.xacro" />

    <node pkg="rviz" type="rviz" name="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>

// 进入工作空间内进行编译
cd catkin_ws
catkin_make

// 执行权限
source devel/setup.bash

// 启动launch文件
roslaunch demo_pkg my_car.launch

// Rviz启动后，将对Rviz界面进行设置【同上面】，设置好后将其保存进config文件夹内，命名my_car.rviz

// 修改my_car.launch
// 修改如下：指定了Rviz的路径

<launch>
    <param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro $(find demo64)/urdf/xacro/my_car.urdf.xacro"/>

    <node pkg="rviz" type="rviz" name="rviz" args="-d $(find demo64)/config/demo64.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>


// 再次启动launch文件
roslaunch demo_pkg my_car.launch

// 会看到模型就在打开的Rviz界面内。

6、 xacro 集成Rviz【多个xacro文件】


// 创建工作空间 并 初始化
mkdir -p catkin_ws/src
cd catkin_ws
catkin_make

// 创建ros功能包
cd catkin_ws/src
catkin_create_pkg demo_pkg urdf xacro

// 功能包内创建多个文件夹
cd catkin_ws/src/demo_pkg
mkdir -p urdf/xacro
mkdir launch
mkdir config

cd urdf/xacro

// 此处需要创建多个xacro文件

gedit my_car.urdf.xacro

gedit my_camrea.urdf.xacro

gedit my_laser.urdf.xacro

gedit my_car_camera_laser.urdf.xacro
// 分别填入如下内容

<!-- my_car.urdf.xacro -->
<robot name="my_base" xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro">
    <!---->
    <xacro:property name="PI" value="3.141"/>
    <!--  -->
    <material name="black">
        <color rgba="0.0 0.0 0.0 1.0" />
    </material>
    <!--  -->
    <xacro:property name="base_footprint_radius" value="0.001" /> <!-- base_footprint   -->
    <xacro:property name="base_link_radius" value="0.1" /> <!-- base_link  -->
    <xacro:property name="base_link_length" value="0.08" /> <!-- base_link -->
    <xacro:property name="earth_space" value="0.015" /> <!--  -->

    <!--  -->
    <link name="base_footprint">
      <visual>
        <geometry>
          <sphere radius="${base_footprint_radius}" />
        </geometry>
      </visual>
    </link>

    <link name="base_link">
      <visual>
        <geometry>
          <cylinder radius="${base_link_radius}" length="${base_link_length}" />
        </geometry>
        <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
        <material name="yellow">
          <color rgba="0.5 0.3 0.0 0.5" />
        </material>
      </visual>
    </link>

    <joint name="base_link2base_footprint" type="fixed">
      <parent link="base_footprint" />
      <child link="base_link" />
      <origin xyz="0 0 ${earth_space + base_link_length / 2 }" />
    </joint>

    <!--  -->
    <!--  -->
    <xacro:property name="wheel_radius" value="0.0325" /><!--  -->
    <xacro:property name="wheel_length" value="0.015" /><!-- -->
    <!--  -->
    <xacro:macro name="add_wheels" params="name flag">
      <link name="${name}_wheel">
        <visual>
          <geometry>
            <cylinder radius="${wheel_radius}" length="${wheel_length}" />
          </geometry>
          <origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="${PI / 2} 0.0 0.0" />
          <material name="black" />
        </visual>
      </link>

      <joint name="${name}_wheel2base_link" type="continuous">
        <parent link="base_link" />
        <child link="${name}_wheel" />
        <origin xyz="0 ${flag * base_link_radius} ${-(earth_space + base_link_length / 2 - wheel_radius) }" />
        <axis xyz="0 1 0" />
      </joint>
    </xacro:macro>
    <xacro:add_wheels name="left" flag="1" />
    <xacro:add_wheels name="right" flag="-1" />
    <!--  -->
    <!--  -->
    <xacro:property name="support_wheel_radius" value="0.0075" /> <!--  -->

    <!--  -->
    <xacro:macro name="add_support_wheel" params="name flag" >
      <link name="${name}_wheel">
        <visual>
            <geometry>
                <sphere radius="${support_wheel_radius}" />
            </geometry>
            <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
            <material name="black" />
        </visual>
      </link>

      <joint name="${name}_wheel2base_link" type="continuous">
          <parent link="base_link" />
          <child link="${name}_wheel" />
          <origin xyz="${flag * (base_link_radius - support_wheel_radius)} 0 ${-(base_link_length / 2 + earth_space / 2)}" />
          <axis xyz="1 1 1" />
      </joint>
    </xacro:macro>

    <xacro:add_support_wheel name="front" flag="1" />
    <xacro:add_support_wheel name="back" flag="-1" />

</robot>

<!-- my_camrea.urdf.xacro  -->
<robot name="my_camera" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro">
    <!--  -->
    <xacro:property name="camera_length" value="0.01" /> <!-- (x) -->
    <xacro:property name="camera_width" value="0.025" /> <!-- (y) -->
    <xacro:property name="camera_height" value="0.025" /> <!-- (z) -->
    <xacro:property name="camera_x" value="0.08" /> <!--  -->
    <xacro:property name="camera_y" value="0.0" /> <!--  -->
    <xacro:property name="camera_z" value="${base_link_length / 2 + camera_height / 2}" /> <!--   -->

    <!--  -->
    <link name="camera">
        <visual>
            <geometry>
                <box size="${camera_length} ${camera_width} ${camera_height}" />
            </geometry>
            <origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="0.0 0.0 0.0" />
            <material name="black" />
        </visual>
    </link>

    <joint name="camera2base_link" type="fixed">
        <parent link="base_link" />
        <child link="camera" />
        <origin xyz="${camera_x} ${camera_y} ${camera_z}" />
    </joint>
</robot>

<!-- my_laser.urdf.xacro -->
<robot name="my_laser" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro">

    <!--  -->
    <xacro:property name="support_length" value="0.15" /> <!--  -->
    <xacro:property name="support_radius" value="0.01" /> <!--  -->
    <xacro:property name="support_x" value="0.0" /> <!--  -->
    <xacro:property name="support_y" value="0.0" /> <!--  -->
    <xacro:property name="support_z" value="${base_link_length / 2 + support_length / 2}" /> <!--  -->

    <link name="support">
        <visual>
            <geometry>
                <cylinder radius="${support_radius}" length="${support_length}" />
            </geometry>
            <origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="0.0 0.0 0.0" />
            <material name="red">
                <color rgba="0.8 0.2 0.0 0.8" />
            </material>
        </visual>
    </link>

    <joint name="support2base_link" type="fixed">
        <parent link="base_link" />
        <child link="support" />
        <origin xyz="${support_x} ${support_y} ${support_z}" />
    </joint>


    <!--  -->
    <xacro:property name="laser_length" value="0.05" /> <!--  -->
    <xacro:property name="laser_radius" value="0.03" /> <!--  -->
    <xacro:property name="laser_x" value="0.0" /> <!--  -->
    <xacro:property name="laser_y" value="0.0" /> <!--  -->
    <xacro:property name="laser_z" value="${support_length / 2 + laser_length / 2}" /> <!--  -->

    <!--  -->
    <link name="laser">
        <visual>
            <geometry>
                <cylinder radius="${laser_radius}" length="${laser_length}" />
            </geometry>
            <origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="0.0 0.0 0.0" />
            <material name="black" />
        </visual>
    </link>

    <joint name="laser2support" type="fixed">
        <parent link="support" />
        <child link="laser" />
        <origin xyz="${laser_x} ${laser_y} ${laser_z}" />
    </joint>
</robot>

<!-- my_car_camera_laser.urdf.xacro -->
<robot name="my_car_camera_laser" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro">
    <xacro:include filename="my_car.urdf.xacro" />
    <xacro:include filename="my_camera.urdf.xacro" />
    <xacro:include filename="my_laser.urdf.xacro" />

</robot>

cd launch
gedit my_car_camera_laser.launch
// 填入如下内容

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

    <node pkg="rviz" type="rviz" name="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>

// 进入工作空间内进行编译
cd catkin_ws
catkin_make

// 执行权限
source devel/setup.bash

// 启动launch文件
roslaunch demo_pkg my_car_camera_laser.launch

// Rviz启动后，将对Rviz界面进行设置【同上面】，设置好后将其保存进config文件夹内，命名my_car_camera_laser.rviz
config/my_car_camera_laser.rviz

// 修改my_car.launch
// 修改如下：指定了Rviz的路径

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

    <node pkg="rviz" type="rviz" name="rviz" args="-d $(find demo_pkg)/config/my_car_camera_laser.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>


// 再次启动launch文件
roslaunch demo_pkg my_car_camera_laser.launch

// 会看到模型就在打开的Rviz界面内。

7、URDF 集成Gazebo

URDF 与 Gazebo 集成流程与 Rviz 实现类似，主要步骤如下:

1. 创建功能包，导入依赖项
2. 编写 URDF 或 Xacro 文件
3. 启动 Gazebo 并显示机器人模型

7.1 创建功能包

创建新功能包，导入依赖包: urdf、xacro、gazebo_ros、gazebo_ros_control、gazebo_plugins


// 创建工作空间 并 初始化
mkdir -p catkin_ws/src
cd catkin_ws
catkin_make

// 创建Ros功能包 并 导入依赖
cd catkin_ws/src
catkin_create_pkg demo_pkg urdf xacro gazebo_ros gazebo_ros_control gazebo_plugins

7.2 编写URDF文件


// 新建功能包内的文件夹
mkdir urdf
mkdir launch
mkdir config

cd urdf
gedit urdf01_helloworld.urdf
// 填入如下内容

<!-- 
    创建一个机器人模型(盒状即可)，显示在 Gazebo 中 
-->

<robot name="mycar">
    <link name="base_link">
        <visual>
            <geometry>
                <box size="0.5 0.2 0.1" />
            </geometry>
            <origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="0.0 0.0 0.0" />
            <material name="yellow">
                <color rgba="0.5 0.3 0.0 1" />
            </material>
        </visual>
        <collision>
            <geometry>
                <box size="0.5 0.2 0.1" />
            </geometry>
            <origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="0.0 0.0 0.0" />
        </collision>
        <inertial>
            <origin xyz="0 0 0" />
            <mass value="6" />
            <inertia ixx="1" ixy="0" ixz="0" iyy="1" iyz="0" izz="1" />
        </inertial>
    </link>
    <gazebo reference="base_link">
        <material>Gazebo/Blue</material>
    </gazebo>

</robot>

注意，当 URDF 需要与 Gazebo 集成时，和 Rviz 有明显区别:
1.必须使用 collision 标签，因为既然是仿真环境，那么必然涉及到碰撞检测，collision 提供碰撞检测的依据。
2.必须使用 inertial 标签，此标签标注了当前机器人某个刚体部分的惯性矩阵，用于一些力学相关的仿真计算。
3.颜色设置，也需要重新使用 gazebo 标签标注，因为之前的颜色设置为了方便调试包含透明度，仿真环境下没有此选项。

7.3 启动Gazebo并显示模型


cd launch
gedit urdf01_helloworld.launch
// 填入如下内容

<launch>

    <!-- 将 Urdf 文件的内容加载到参数服务器 -->
    <param name="robot_description" textfile="$(find demo02_urdf_gazebo)/urdf/urdf01_helloworld.urdf" />

    <!-- 启动 gazebo -->
    <include file="$(find gazebo_ros)/launch/empty_world.launch" />

    <!-- 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>

<!-- 代码解释：-->

<include file="$(find gazebo_ros)/launch/empty_world.launch" />
<!-- 启动 Gazebo 的仿真环境，当前环境为空环境 -->

<node pkg="gazebo_ros" type="spawn_model" name="model" args="-urdf -model mycar -param robot_description"  />

<!-- 
    在 Gazebo 中加载一个机器人模型，该功能由 gazebo_ros 下的 spawn_model 提供:
    -urdf 加载的是 urdf 文件
    -model mycar 模型名称是 mycar
    -param robot_description 从参数 robot_description 中载入模型
    -x 模型载入的 x 坐标
    -y 模型载入的 y 坐标
    -z 模型载入的 z 坐标
-->

8、xacro 集成Gazebo

在 ctrl+c 退出gazebo时，出现killed

在这里插入图片描述

再次启动roslaunch时，就会报如下错误：

翻译过来的意思就是说：
“执行XXX/gzserver 时进程挂掉，程序退出；
执行XXX/gzclient 时进程挂掉，程序退出。”

根据报错解释可以确定，主要是gazebo在之前的操作中打开过，而没有完全的关闭，使用ctrl+c仅关闭了了gazebo的gui界面，并没有完全关闭gazebo。

解决方法：终端执行 killall gzserver && killall gzclient


// 解决方法---输入如下指令：
killall gzserver && killall gzclient


[gazebo-1] process has died [pid 108415, exit code 255, cmd /opt/ros/melodic/lib/gazebo_ros/gzserver -e ode /home/hzx/hzx_ws/demo_gazebo_ws/src/demo_gazebo/world/box_house.world __name:=gazebo __log:=/home/hzx/.ros/log/fd9008b8-0d3a-11ef-9a38-000c29915674/gazebo-1.log].
log file: /home/hzx/.ros/log/fd9008b8-0d3a-11ef-9a38-000c29915674/gazebo-1*.log


[gazebo_gui-2] process has died [pid 108418, exit code 134, cmd /opt/ros/melodic/lib/gazebo_ros/gzclient __name:=gazebo_gui __log:=/home/hzx/.ros/log/fd9008b8-0d3a-11ef-9a38-000c29915674/gazebo_gui-2.log].
log file: /home/hzx/.ros/log/fd9008b8-0d3a-11ef-9a38-000c29915674/gazebo_gui-2*.log

在这里插入图片描述

8.1

报如下错误：Error [Converter.cc:151] Unable to convert from SDF version 1.7 to 1.6

翻译过来的意思就是说：
“无法将SDF的版本从1.7转成1.6”

根据报错解释可以确定在执行world.launch 文件时出现了错误，通过查看world.launch文件，发现启动该launch文件时调用了如下三个文件：。

在这里插入图片描述

具体三个文件如下：
1、my_car_camera_laser.urdf.xacro
2、empty_world.launch
3、box_house.world

通过逐个文件排查，发现是 3、box_house.world 文件存在问题，

在这里插入图片描述

解决方法：将box_house.world中的 1.7 改写成 1.6 就可以正常启动了。

在这里插入图片描述

报如下错误：UnicodeEncodeError: ‘ascii’ codec can’t encode characters in position 7323-7324: ordinal not in range(128)

翻译过来的意思就是说：
“Unicode编码错误:“ascii”编解码器无法对位置7323-7324中的字符进行编码:序号不在范围内（128）”

根据报错解释可以确定，在启动 my_sensors_car_camera_laser.launch文件时需要调用一些xacro文件，这些文件中应该是存在中文，导致编码错误。 ubuntu18.04 melodic版本中一般使用python2.7环境,该环境下urdf文件中不能有中文注释出现,否则报错

解决方法一：将调用的xacro文件中的中文全部去掉即可。

在这里插入图片描述

解决方法二：进行一些设置，可以避免报 error，但会引入其他问题【引入的问题不影响启动xacro文件】参考链接在此。


  //  urdf文件不注释阅读起来很麻烦,可以通过如下解决：

//   cd到根目录下

cd /opt/ros/melodic/lib/python2.7/dist-packages 

sudo gedit sitecustomize.py

 // 在其中添加如下内容:

    #coding=utf8
    import sys
    reload(sys)
    sys.setdefaultencoding('utf8')


// 引入的问题如下：
Error in sitecustomize; set PYTHONVERBOSE for traceback:
NameError: name 'reload' is not defined
Error in sitecustomize; set PYTHONVERBOSE for traceback:
NameError: name 'reload' is not defined

// 不影响启动 xacro 文件，介意者可以选择方法一。

在这里插入图片描述

9、载入

在这里插入图片描述

100、ROS过程中的错误

1. RLException: multiple files named XXX


hzx@vm:~/hzx_ws/demo_gazebo_ws$ roslaunch demo_gazebo my_sensors_car_camera_laser.urdf.xacro 
RLException: multiple files named [my_sensors_car_camera_laser.urdf.xacro] in package [demo_gazebo]:
- /home/hzx/hzx_ws/demo_gazebo_ws/src/demo_gazebo/urdf/xacro/my_sensors_car_camera_laser.urdf.xacro
- /home/hzx/hzx_ws/demo_gazebo_ws/src/demo_gazebo/launch/my_sensors_car_camera_laser.urdf.xacro
Please specify full path instead
The traceback for the exception was written to the log file

在这里插入图片描述

翻译过来的意思就是说：
“报了一个RLException错误，在【demo_gazebo】功能包内，有多个叫做【my_sensors_car_camera_laser.urdf.xacro】的文件，
并且之后也给你指出了这重名文件的各个路径。”

根据报错解释可以明显的发现问题所在，直接修改重名文件即可。

2、RLException: Invalid roslaunch XML syntax: no root < launch> tag

hzx@vm:~/hzx_ws/demo_gazebo_ws$ roslaunch demo_gazebo my_sensors_car_camera_laser.urdf.xacro
... logging to /home/hzx/.ros/log/fd9008b8-0d3a-11ef-9a38-000c29915674/roslaunch-vm-110873.log
Checking log directory for disk usage. This may take a while.
Press Ctrl-C to interrupt
Done checking log file disk usage. Usage is <1GB.

RLException: Invalid roslaunch XML syntax: no root <launch> tag
The traceback for the exception was written to the log file

在这里插入图片描述

翻译过来的意思就是说：
“ 报了一个RLException错误，无效的roslaunch XML语法:没有根< launch>标记 ”

根据报错解释可以明显的发现问题所在，执行roslaunch时，选定的launch文件有问题，一看确实有问题，修改launch文件就好了。

3、RLException: [my_sensors_car_camera_laser.launch] is neither a launch

报如下错误：RLException: [my_sensors_car_camera_laser.launch] is neither a launch file in package [demo_gazebo] nor is [demo_gazebo] a launch file name

翻译过来的意思就是说：
“XXX.launch 既不是demo_gazebo 功能包内的launch文件，也不是demo_gazebo 功能包内的launch文件名”

根据报错解释可以确定，此刻并未将devel/setup.bash添加到系统。

在这里插入图片描述

解决方法：进入工作空间，执行source，具体如下：


hzx@vm:~/hzx_ws/demo_gazebo_ws$ source devel/setup.bash

第三

第
5号大小