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ROS入門(四)——Gazebo的基本使用

本文轉載自   查看原文   2020-04-22 12:01   3899    ROS/ 其他

ROS入門(四)——Gazebo的基本使用
　　iwehdio的博客園：https://www.cnblogs.com/iwehdio/

參考教程：
gazebo入門教程（一） 安裝，UI介紹：https://blog.csdn.net/weixin_41045354/article/details/84881498
gazebo入門教程（二）建立簡單模型：https://blog.csdn.net/weixin_41045354/article/details/103668162

1、界面概述

  • 卸載 ros-melodic 版本安裝的 Gazebo9，安裝 Gazebo11。

    $ sudo apt-get remove gazebo9 gazebo9-common gazebo9-plugin-base libgazebo9:amd64 libgazebo9-dev:amd64 ros-melodic-gazebo-*                   

$ sudo sh -c 'echo "deb http://packages.osrfoundation.org/gazebo/ubuntu-stable `lsb_release -cs` main" > /etc/apt/sources.list.d/gazebo-stable.list'
$ wget http://packages.osrfoundation.org/gazebo.key -O - | sudo apt-key add -
$ sudo apt-get update
$ sudo apt-get install gazebo11
$ sudo apt-get install libgazebo11-dev

  • 啟動：

    • 命令行：roslaunch gazebo_ros empty_world.launch。
    • 全局命令：Alt + F2，鍵入 gazebo 后回車。

  • 軟件視圖：

    • 場景：展示仿真模型。
    • 左面板：
      • WORLD：“世界”選項卡，顯示當前在場景中的模型，並允許你查看和修改模型參數，例如它們的姿勢。你還可以通過展開“GUI”選項並調整相機姿勢來更改攝像機視角。
      • INSERT：“插入”選項卡，向模擬添加新對象（模型）。要查看模型列表，您可能需要單擊箭頭以展開文件夾。在要插入的模型上單擊（和釋放），然后在場景中再次單擊以添加它。
      • LAYER：“圖層”選項卡可組織和顯示模擬中可用的不同可視化組（如果有）。圖層可以包含一個或多個模型。打開或關閉圖層將顯示或隱藏該圖層中的模型。這是一個可選功能，因此在大多數情況下此選項卡將為空。
    • 右面板：默認情況下Gazeb界面隱藏右側面板。單擊並拖動欄以將其打開。右側面板可用於與所選模型（joint）的移動部件進行交互。如果未在場景中選擇任何模型，則面板不會顯示任何信息。
    • 上部工具欄：是Gazebo的主工具欄，它包含一些最常用的與模擬器交互的選項，例如：選擇，移動，旋轉和縮放對象等按鈕; 創造一些簡單的形狀（如立方體，球體，圓柱體）; 復制/粘貼模型選項。
      • 選擇模式（select mode）：在場景中導航。
      • 平移模式（translate mode）：選擇要移動的模型。
      • 旋轉模式（rotate mode）：選擇要旋轉的模型。
      • 縮放模式（scale mode）：選擇要縮放的模型。
      • 撤消/重做（undo/redo）：撤消/重做場景中的操作。
      • 簡單形狀（simple shape）：將簡單形狀插入場景中。
      • 燈光（lights）：為場景添加燈光。
      • 復制/粘貼（copy/paste）：在場景中復制/粘貼模型。
      • Align：將模型彼此對齊。
      • Snap：將一個模型與另一個模型對齊。
      • 更改視圖（change view）：從各個角度查看場景。
    • 底部工具欄：顯示有關模擬的數據，如模擬時間及其與實際時間的關系。
      • “模擬時間”是指模擬運行時模擬器中時間流逝的速度。模擬時間可以比實時更慢或更快，具體取決於運行模擬所需的計算量。
      • “實時”是指模擬器運行時在現實生活中經過的實際時間。模擬時間和實時之間的關系稱為“實時因子”（RTF）。它是模擬時間與實時的比率。RTF衡量模擬運行與實時相比的速度或速率。
      • Gazebo的世界狀況每迭代一次，計算一次。你可以在底部工具欄的右側看到迭代次數。每次迭代都會將模擬推進固定的秒數，稱為步長。默認情況下，步長為1 ms。您可以按暫停按鈕暫停模擬，並使用步驟按鈕逐步執行幾個步驟。
    • 菜單欄：更具體的功能。
    • 鼠標操作：
      • shift + 左鍵：旋轉視角。
      • 左鍵：平移時間。
      • 滾輪：縮放大小。

2、創建一個簡單的機器人

  • 進入模型編輯器，在頂部菜單欄中單擊Edit，然后選擇Model Editor。或者，使用熱鍵Ctrl + M。

    • 左側面板和頂部工具欄僅包含用於編輯和創建模型零件的小部件。
    • 上方的工具欄包含用於編輯模型的工具。包括用於與場景中的對象進行交互的工具。可用的工具包括選擇，平移，縮放，旋轉，撤消和重做，復制和粘貼，對齊，捕捉，視圖調整以及聯合創建。
    • 左面板有兩個用於編輯模型的標簽。
      • Insert 插入標簽：用於添加關節和模型約束的工具。
        • 您可以將新零件（鏈接和模型）添加到模型編輯器。共分為三個部分。
        • 簡單形狀：這些是可以插入以在模型中形成鏈接的基本幾何形狀。
        • 自定義形狀：該Add按鈕允許您從模型的鏈接中導入自定義網格。目前，它支持COLLADA（.dae），3D Systems（.stl），Wavefront（.obj）和W3C SVG（.svg）文件。
        • 模型數據庫：具有模型列表。可以按照與簡單形狀相同的方式將它們插入到“模型編輯器”中。插入后，它們稱為嵌套模型
      • Model “模型”選項卡：允許編輯模型屬性和內容。
        • 可以設置要構建的模型的名稱和基本參數。它顯示了模型中的鏈接，關節，模型約束和插件的列表。可以使用Link Inspector修改參數。
        • 可以使用下邊的這些方法打開它。雙擊列表中的項目 /
          雙擊場景中的項目 / 右鍵單擊列表中的項目，然后選擇 Open Link Inspector / 右鍵單擊場景中的項目，然后選擇 Open Link Inspector。

  • 創建車輛：

    1. 底盤。

      • 在左側面板的“insert”選項卡中，在“box”圖標上單擊一次，將光標移至“場景”中的任何位置，然后再次單擊以釋放框。

      • 接下來，調整盒子的尺寸。我們可以通過選擇頂部工具欄上的“縮放”（第四個）工具來做到這一點。在“場景”中選擇該框，並且該框上方應顯示RGB標記。紅色標記代表X軸，綠色代表Y，藍色代表Z。

      • 將底盤降低到更靠近地面的位置。雙擊底盤模型以調出檢查器鏈接檢查器（link inspector）。向下滾動到 link 選項卡的底部以找到 Pose 參數，並將其更改Z為0.4m，然后在框外單擊。單擊OK以保存更改並關閉檢查器。

      • link 選項卡有兩個Pose，一定要注意設置的是下方的Pose。

    2. 前輪。

      • 從左側面板上的 insert 選項卡插入圓柱體。

      • 使用Link Inspector沿X軸旋轉它。雙擊圓柱體，滾動到底部的 Pose 部分，然后更改Roll為1.5707弧度（90度），然后在框外單擊。暫時不要關閉檢查器。

      • 接下來，通過提供確切的尺寸來調整輪子的尺寸。轉到 visual 視覺選項卡以查看此鏈接中的視覺列表。向下滾動到Geometry部分，然后將其更改 Radius 為0.3m和 Length 為0.25m。

      • 現在，在較大的圓柱體內可以看到較小的圓柱。因為我們僅更改了視覺幾何體，而沒有更改碰撞。visual 是鏈接的圖形表示，不影響物理模擬。切換到 collision 選項。設置Radius：0.3m和Length：0.25m 單擊OK以保存更改並關閉檢查器。

      • 通過復制粘貼創建另一個前輪。選中剛剛創建的前輪，在上方工具欄中點擊復制（右起第六個），再點擊粘貼（右起第五個），在場景中單擊插入副本。

      • 現在，通過沿X軸正方向（場景中的紅色標記）對齊底盤，確保車輛能夠正確行駛。在下一步中添加車輪時，請確保它們位於沿X軸正方向延伸的車輛末端。

      • 底盤和車輪目前是自由移動的車身。為了限制它們的運動，我們將在每個車輪和底盤之間添加關節。單擊頂部工具欄上的 Joint 圖標（右起第一個）以彈出 Create Joint 對話框。

      • Create Joint 對話框包含通常為關節指定的關節屬性。在配置任何屬性之前，系統會提示您選擇關節的父級和子級鏈接。將鼠標移到“場景”中的底盤上以使其突出顯示，然后單擊以將其設置為關節的父級。

        • 將鼠標移至左前輪；一條線現在應該從機箱的原點延伸到鼠標的末端。單擊輪子將其設置為關節的子代。創建一個新的關節。默認情況下，它是旋轉關節（Revolute），恰好是我們想要的 Joint Types 。

      • 接下來，我們需要配置輪子的旋轉軸。在 Create Joint 對話框中，找到 Joint axis 並將其更改為Z（0，0，1）。注意輪子各個軸上的顏色顯示。您應該看到一個黃色的環現在出現在關節圖的藍色箭頭上方，表示其為旋轉軸 。

      • 為了使車輪與底盤對齊，我們將在“ Joint Creation”對話框的部分中使用不同的對齊選項Align links。首先，我們將在X軸上對齊，因此單擊 X Align Max 選項以查看對齊結果。圓柱體應突出顯示以指示其姿勢已更改。

      • 在我們的示例中，我們要使輪子與底盤平齊。要使車輪更靠近，請單擊Y Align Max選項。但是，這還不是我們想要的。單擊Y對齊選項旁邊的Reverse選項，以將輪子的最小值（最大值的反方向）與底盤的最大值對齊。最后點擊按Create。

        • 注意，此 Reverse 選項適用於子鏈接，因為下面的下拉列表中顯示的默認對齊方式配置為 Child to Parent。如果設置了 Parent to Child 配置，則 Reverse 選項將應用於父鏈接

      • 要將輪子放置在地面上方，請雙擊輪子以打開鏈接檢查器(link inspector)。我們可以使用Pose對話框底部的部分來移動輪子。假設輪子的半徑為0.3m，請繼續並將Z位置更改為0.3m以放置在地面上，然后按OK。

      • 將另一個前輪做同樣的操作，注意使用 Y Align Min 選項將右輪對准底盤的另一側。

    3. 腳輪。

      • 單擊左側面板上的“球形”按鈕，然后將其插入場景。
      • 通過提供與前輪相同的確切尺寸來調整球體的大小。visual 選項卡Geometry部分並將其更改Radius為0.2m。確保對“collision”選項卡中的碰撞尺寸也執行相同的操作。
      • 要在腳輪和底盤之間創建關節，請單擊頂部工具欄上的Joint圖標，以顯示Joint Creation對話框。將鼠標移至場景，然后選擇底盤作為父鏈接，並選擇球作為子鏈接。
      • 腳輪在所有方向滾動，並且沒有特定的旋轉軸。在涼亭中，這是使用球形接頭模擬的。因此，在Joint types選項中，選擇Ball（球連接）。
      • 接下來，對准腳輪，使其與底盤居中，並位於后端。在Align links部分中，選擇Y Align Center，選擇在Y軸上居中的選項，然后選擇X Align Min（最小對齊），使腳輪移動到車輪右后方的選項。按下Create按鈕以完成關節創建過程。
      • 打開link inspector並將Z位置設置為0.2m。

    4. 添加傳感器。

      • 選擇Insert選項卡以查看此部分中可用的模型列表(Model Database)。在列表中找到“深度相機” (Depth Camera)，然后單擊它以開始下載模型。

      • 看起來像一個小立方體。將鼠標移到場景上，然后單擊汽車前面的空白處以插入深度攝像頭。移動深度攝像頭，使其位於車輛前部底盤的頂部，並大致位於Y軸的中心。

      • 將深度相機固定到機箱上。單擊頂部工具欄中的“關節”（joint)圖標以打開“關節創建” (Joint Creation )對話框。將鼠標移至場景，然后選擇機箱作為父鏈接，選擇深度攝像頭作為子鏈接。選擇Fixed選項(即固定連接)。

    5. 添加插件。

      • 在Model Plugins選項下面，單擊Add按鈕，彈出一個“模型插件檢查器”。

      • 插件名為 smallcar_follower，使用的插件為libFollowerPlugin.so。

    6. 保存模型，退出模型編輯器。

      • 要測試插件是否正常工作，請在汽車前面插入一個盒子，然后觀察汽車向其緩慢移動。

3、模型文件

  • model.config：

    <?xml version="1.0" ?>
<model>
    <name>demo1</name>
    <version>1.0</version>
    <sdf version="1.7">model.sdf</sdf>
    <author>
        <name></name>
        <email></email>
    </author>
    <description></description>
</model>

  • model.sdf:

    <?xml version='1.0'?>
<sdf version='1.7'>
  <model name='demo1'>
    <link name='link_0'>
      <inertial>
        <mass>0.46147</mass>
        <inertia>
          <ixx>0.0245058</ixx>
          <ixy>0</ixy>
          <ixz>0</ixz>
          <iyy>0.155549</iyy>
          <iyz>0</iyz>
          <izz>0.172317</izz>
        </inertia>
        <pose>0 0 0 0 -0 0</pose>
      </inertial>
      <pose>-0.313793 -0.004174 0.046741 0 -0 0</pose>
      <gravity>1</gravity>
      <self_collide>0</self_collide>
      <kinematic>0</kinematic>
      <enable_wind>0</enable_wind>
      <visual name='visual'>
        <pose>0 0 0 0 -0 0</pose>
        <geometry>
          <box>
            <size>1.98602 0.732553 0.317192</size>
          </box>
        </geometry>
        <material>
          <lighting>1</lighting>
          <script>
            <uri>file://media/materials/scripts/gazebo.material</uri>
            <name>Gazebo/Grey</name>
          </script>
          <shader type='pixel'>
            <normal_map>__default__</normal_map>
          </shader>
          <ambient>0.3 0.3 0.3 1</ambient>
          <diffuse>0.7 0.7 0.7 1</diffuse>
          <specular>0.01 0.01 0.01 1</specular>
          <emissive>0 0 0 1</emissive>
        </material>
        <transparency>0</transparency>
        <cast_shadows>1</cast_shadows>
      </visual>
      <collision name='collision'>
        <laser_retro>0</laser_retro>
        <max_contacts>10</max_contacts>
        <pose>0 0 0 0 -0 0</pose>
        <geometry>
          <box>
            <size>1.98602 0.732553 0.317192</size>
          </box>
        </geometry>
        <surface>
          <friction>
            <ode>
              <mu>1</mu>
              <mu2>1</mu2>
              <fdir1>0 0 0</fdir1>
              <slip1>0</slip1>
              <slip2>0</slip2>
            </ode>
            <torsional>
              <coefficient>1</coefficient>
              <patch_radius>0</patch_radius>
              <surface_radius>0</surface_radius>
              <use_patch_radius>1</use_patch_radius>
              <ode>
                <slip>0</slip>
              </ode>
            </torsional>
          </friction>
          <bounce>
            <restitution_coefficient>0</restitution_coefficient>
            <threshold>1e+06</threshold>
          </bounce>
          <contact>
            <collide_without_contact>0</collide_without_contact>
            <collide_without_contact_bitmask>1</collide_without_contact_bitmask>
            <collide_bitmask>1</collide_bitmask>
            <ode>
              <soft_cfm>0</soft_cfm>
              <soft_erp>0.2</soft_erp>
              <kp>1e+13</kp>
              <kd>1</kd>
              <max_vel>0.01</max_vel>
              <min_depth>0</min_depth>
            </ode>
            <bullet>
              <split_impulse>1</split_impulse>
              <split_impulse_penetration_threshold>-0.01</split_impulse_penetration_threshold>
              <soft_cfm>0</soft_cfm>
              <soft_erp>0.2</soft_erp>
              <kp>1e+13</kp>
              <kd>1</kd>
            </bullet>
          </contact>
        </surface>
      </collision>
    </link>
    <link name='link_1'>
      <inertial>
        <mass>1</mass>
        <inertia>
          <ixx>0.145833</ixx>
          <ixy>0</ixy>
          <ixz>0</ixz>
          <iyy>0.145833</iyy>
          <iyz>0</iyz>
          <izz>0.125</izz>
        </inertia>
        <pose>0 0 0 0 -0 0</pose>
      </inertial>
      <pose>0.379214 0.502131 -0.053259 1.5707 -0 0</pose>
      <gravity>1</gravity>
      <self_collide>0</self_collide>
      <kinematic>0</kinematic>
      <enable_wind>0</enable_wind>
      <visual name='visual'>
        <pose>0 0 0 0 -0 0</pose>
        <geometry>
          <cylinder>
            <radius>0.3</radius>
            <length>0.25</length>
          </cylinder>
        </geometry>
        <material>
          <lighting>1</lighting>
          <script>
            <uri>file://media/materials/scripts/gazebo.material</uri>
            <name>Gazebo/Grey</name>
          </script>
          <shader type='pixel'>
            <normal_map>__default__</normal_map>
          </shader>
          <ambient>0.3 0.3 0.3 1</ambient>
          <diffuse>0.7 0.7 0.7 1</diffuse>
          <specular>0.01 0.01 0.01 1</specular>
          <emissive>0 0 0 1</emissive>
        </material>
        <transparency>0</transparency>
        <cast_shadows>1</cast_shadows>
      </visual>
      <collision name='collision'>
        <laser_retro>0</laser_retro>
        <max_contacts>10</max_contacts>
        <pose>0 0 0 0 -0 0</pose>
        <geometry>
          <cylinder>
            <radius>0.3</radius>
            <length>0.25</length>
          </cylinder>
        </geometry>
        <surface>
          <friction>
            <ode>
              <mu>1</mu>
              <mu2>1</mu2>
              <fdir1>0 0 0</fdir1>
              <slip1>0</slip1>
              <slip2>0</slip2>
            </ode>
            <torsional>
              <coefficient>1</coefficient>
              <patch_radius>0</patch_radius>
              <surface_radius>0</surface_radius>
              <use_patch_radius>1</use_patch_radius>
              <ode>
                <slip>0</slip>
              </ode>
            </torsional>
          </friction>
          <bounce>
            <restitution_coefficient>0</restitution_coefficient>
            <threshold>1e+06</threshold>
          </bounce>
          <contact>
            <collide_without_contact>0</collide_without_contact>
            <collide_without_contact_bitmask>1</collide_without_contact_bitmask>
            <collide_bitmask>1</collide_bitmask>
            <ode>
              <soft_cfm>0</soft_cfm>
              <soft_erp>0.2</soft_erp>
              <kp>1e+13</kp>
              <kd>1</kd>
              <max_vel>0.01</max_vel>
              <min_depth>0</min_depth>
            </ode>
            <bullet>
              <split_impulse>1</split_impulse>
              <split_impulse_penetration_threshold>-0.01</split_impulse_penetration_threshold>
              <soft_cfm>0</soft_cfm>
              <soft_erp>0.2</soft_erp>
              <kp>1e+13</kp>
              <kd>1</kd>
            </bullet>
          </contact>
        </surface>
      </collision>
    </link>
    <link name='link_1_clone'>
      <inertial>
        <mass>1</mass>
        <inertia>
          <ixx>0.145833</ixx>
          <ixy>0</ixy>
          <ixz>0</ixz>
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