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 ***.cppcd catkin_ws/src/ros_test改写 ros_test 内的 CMakeLists.txt 文件

2.0.4 编译Ros包


cd catkin_wscatkin_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

2.1 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。

2.1.1 URDF 集成 Rviz 流程

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


mkdir -p catkin_ws/src
cd catkin_ws
catkin_makecd 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

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
mkdir meshes
mkdir config
mkdir launch

核心： 编写urdf；


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>

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>

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

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>