一 .在Gazebo中仿真差速輪式機器人
在本節，我們會對前面設計的差速輪式機器人進行仿真。
你可以在mastering_ros_robot_description_pkg/urdf文件中獲取diff_wheeled_robot.xacro移動機器人的描述文件。
我們創建一個啟動文件，在Gazebo中生成仿真模型。就像我們對機械臂所做的那樣，我們可以創建一個ROS軟件包，用
seven_dof_arm_gazebo軟件包的相同依賴項啟動Gazebo仿真，我是從對應的git庫中下載的完整軟件包。
$ git clone https://github.com/jocacace/diff_wheeled_robot_gazebo.git
進入diff_wheeled_robot_gazebo/launch文件夾，並提取diff_wheeled_gazebo.launch文件。
啟動文件代碼如下：
1 <?xml version="1.0" ?> 2 <launch> 3 4 <!-- these are the arguments you can pass this launch file, for example paused:=t rue --> 5 <arg name="paused" default="false"/> 6 <arg name="use_sim_time" default="true"/> 7 <arg name="gui" default="true"/> 8 <arg name="headless" default="false"/> 9 <arg name="debug" default="false"/> 10 11 <!-- We resume the logic in empty_world.launch --> 12 <include file="$(find gazebo_ros)/launch/empty_world.launch"> 13 <arg name="debug" value="$(arg debug)" /> 14 <arg name="gui" value="$(arg gui)" /> 15 <arg name="paused" value="$(arg paused)"/> 16 <arg name="use_sim_time" value="$(arg use_sim_time)"/> 17 <arg name="headless" value="$(arg headless)"/> 18 </include> 19 20 21 <!-- urdf xml robot description loaded on the Parameter Server--> 22 23 <param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro --inorder '$(find ma stering_ros_robot_description_pkg)/urdf/diff_wheeled_robot.xacro'" /> 24 25 <!-- Run a python script to the send a service call to gazebo_ros to spawn a U RDF robot --> 26 <node name="urdf_spawner" pkg="gazebo_ros" type="spawn_model" respawn="false" output="screen" 27 args="-urdf -model diff_wheeled_robot -param robot_description"/> 28 29 </launch>
使用以下命令來啟動此文件：
$ roslaunch diff_wheeled_robot_gazebo diff_wheeled_gazebo.launch
仿真模型如下：
仿真成功后，接下來我們將激光雷達添加到機器人中。
1.將激光雷達添加到機器人中
我們在機器人頂部添加了激光雷達來執行高級操作，比如用該機器人進行自主導航或地圖構建。
為了將激光雷達添加到機器人中，我們應該將以下代碼添加到diff_wheeled_robot.xacro文件中：
248 <link name="hokuyo_link">
249 <visual>
250 <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
251 <geometry>
252 <box size="${hokuyo_size} ${hokuyo_size} ${hokuyo_size}"/>
253 </geometry>
254 <material name="Blue" />
255 </visual>
256 </link>
257 <joint name="hokuyo_joint" type="fixed">
258 <origin xyz="${base_radius - hokuyo_size/2} 0 ${base_height+hokuyo_size/4}" rp y="0 0 0" />
259 <parent link="base_link"/>
260 <child link="hokuyo_link" />
261 </joint>
262 <gazebo reference="hokuyo_link">
263 <material>Gazebo/Blue</material>
264 <turnGravityOff>false</turnGravityOff>
265 <sensor type="ray" name="head_hokuyo_sensor">
266 <pose>${hokuyo_size/2} 0 0 0 0 0</pose>
267 <visualize>false</visualize>
268 <update_rate>40</update_rate>
269 <ray>
270 <scan>
271 <horizontal>
272 <samples>720</samples>
273 <resolution>1</resolution>
274 <min_angle>-1.570796</min_angle>
275 <max_angle>1.570796</max_angle>
276 </horizontal>
277 </scan>
278 <range>
279 <min>0.10</min>
280 <max>10.0</max>
281 <resolution>0.001</resolution>
282 </range>
283 </ray>
284 <plugin name="gazebo_ros_head_hokuyo_controller" filename="libgazebo_ros_las er.so">
285 <topicName>/scan</topicName>
286 <frameName>hokuyo_link</frameName>
287 </plugin>
288 </sensor>
289 </gazebo>
本節中，我們使用名稱為libgazebo_ros_laser.so的GazeboROS插件來仿真激光雷達。
完整的代碼可以在diff_wheeled_robot_with_laser.xacro描述文件中找到，該文件位於
mastering_ros_robot_description_pkg/urdf/文件夾中。
在仿真環境中添加一些物體，這樣我們就可以查看激光雷達，在這里，我們在機器人周圍添加
一些圓柱體，可以看到相應的激光視圖。
2.在Gazebo中控制機器人的移動
我們正在使用的是一個差速機器人，配有2個輪子和2個腳輪。該機器人的完整特性應該作為Gazebo-ROS插件來仿真。
基本的差速驅動插件已經實現。
要在Gazebo中控制機器人移動，我們需要添加一個名為libgazebo_ros_diff_drive.so的Gazebo-ROS插件，從而可以生成該機器人的差速驅動動作。
以下是該插件的定義及其參數的完整代碼片段：
292 <!-- Differential drive controller -->
293 <gazebo>
294 <plugin name="differential_drive_controller" filename="libgazebo_ros_diff_driv e.so">
295 <legacyMode>true</legacyMode>
296 <rosDebugLevel>Debug</rosDebugLevel>
297 <publishWheelTF>false</publishWheelTF>
298 <robotNamespace>/</robotNamespace>
299 <publishTf>1</publishTf>
300 <publishWheelJointState>false</publishWheelJointState>
301 <alwaysOn>true</alwaysOn>
302 <updateRate>100.0</updateRate>
303 <leftJoint>front_left_wheel_joint</leftJoint>
304 <rightJoint>front_right_wheel_joint</rightJoint>
305 <wheelSeparation>${2*base_radius}</wheelSeparation>
306 <wheelDiameter>${2*wheel_radius}</wheelDiameter>
307 <broadcastTF>1</broadcastTF>
308 <wheelTorque>30</wheelTorque>
309 <wheelAcceleration>1.8</wheelAcceleration>
310 <commandTopic>cmd_vel</commandTopic>
311 <odometryFrame>odom</odometryFrame>
312 <odometryTopic>odom</odometryTopic>
313 <robotBaseFrame>base_footprint</robotBaseFrame>
314
315
316 </plugin>
317 </gazebo>
在該插件中，我們可以提供一些參數，如機器人的車輪關節（關節應該是連續轉動型的）、車輪間距、車輪直徑、里程計話題等。
控制機器人移動的一個重要參數是：
<commandTopic>cmd_vel</commandTopic>
該參數是插件的速度指令話題，是ROS中一個Twist類型的消息（sensor_msgs/Twist)。我們可以將Twist消息發布到/cmd_vel話題中,我們就可以看到機器人開始從它的位置移動。
3.在啟動文件中添加關節狀態發布者
添加差速驅動插件之后，我們需要將關節狀態發布者加入到現有的啟動文件中，或者我們也可以創建一個新的啟動文件。
你可以在diff_wheeled_robot_gazebo/launch下看到更新后的最終啟動文件diff_wheeled_gazebo_full.launch。
啟動文件包含關節狀態發布者，這有助於在RViz中可視化顯示。以下是在此啟動文件中為關節狀態發布者添加的額外代碼：
24 <node name="joint_state_publisher" pkg="joint_state_publisher" type="joint_state_ publisher" ></node> 25 <!-- start robot state publisher --> 26 <node pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" name="robot_state_ publisher" output="screen" > 27 <param name="publish_frequency" type="double" value="50.0" /> 28 </node>
4.添加ROS遙控節點
ROS遙控（teleop)節點通過接收鍵盤的輸入來發布ROSTwist命令。在該節點中，我們可以生成線速度和角速度，而且已經有了一個標准的遙控節點實現，我們可以重用該節點。
遙控節點是在diff_wheeled_robot_control軟件包中實現的，腳本文件夾包含diff_wheeled_robot_key節點，它就是遙控節點。
我在相應的git庫中下載了該軟件包：
$git clone https://github.com/jocacace/diff_wheeled_robot_control.git
要想成功編譯和使用該軟件包，你需要安裝joy_node軟件包：
$sudo apt install ros-melodic-joy
下面是名為keyboard_teleop的啟動文件，用來啟動遙控節點：
1 <launch> 2 <!-- differential_teleop_key already has its own built in velocity smoother --> 3 <node pkg="diff_wheeled_robot_control" type="diff_wheeled_robot_key" name="diff_w heeled_robot_key" output="screen"> 4 5 <param name="scale_linear" value="0.5" type="double"/> 6 <param name="scale_angular" value="1.5" type="double"/> 7 <remap from="turtlebot_teleop_keyboard/cmd_vel" to="/cmd_vel"/> 8 9 </node> 10 </launch>
讓我們開始控制機器人運動。
使用以下命令啟動具有完整仿真設置的Gazebo:
$ roslaunch diff_wheeled_robot_gazebo diff_wheeled_gazebo_full.launch
啟動遙控節點
$ roslaunch diff_wheeled_robot_control keyboard_teleop.launch
啟動RViz可視化機器人狀態和激光數據：
$ rosrun rviz rviz
在RViz中添加Fixed Frame：/odom,添加Laser Scan，話題設置為/scan以查看激光掃描數據，添加Robot model來查看機器人模型。
在遙控終端中，我們可以使用一些按鍵(U、I、O、J、K、L、M、“，”、“.”)進行方向調整，其他鍵(q、z、w、x、e、c、K、空格鍵)進行速度調整。
如圖顯示機器人使用機器人使用遙控在Gazebo中移動及其在RViz中的可視化。
我們可以從Gazebo工具欄上選擇基本物體，並添加到機器人環境中，也可以在左邊的面板上添加在線庫的物體：
只有當我們按下遙控節點終端內相應的按鍵時，機器人才會移動，如果該終端處於不活動狀態，按下按鍵機器人不會移動。
如果一切正常，我們可以使用機器人來探索該區域並在RViz中可視化激光數據。