ROS中階筆記（三）：機器人仿真—ArbotiX+rviz功能仿真
01 機器人URDF模型優化—xacro模型文件
1.1 xacro模型文件
URDF模型的進化版本—xacro模型文件
xacro里面的模型仍然是urdf模型，但是從整個模型的管理上發生了很大的變化
- 精簡模型代碼
1、創建宏定義
2、文件包含 - 提供可編程接口
1、常量
2、變量
3、數學計算
4、條件語句
1.2 xacro使用方法
1.常量定義
<xacro:property name="M_PI" value="3.14159"/>
2.常量使用
<origin xyz="0 0 0" rpy="${M_PI/2} 0 0"/>
3.數學計算
注意：所有數學運算都會轉換成浮點數進行，以保證運算精度
<origin xyz="0 ${(motor_length+wheel_length)/2} 0" rpy="0 0 0"/>
4.宏定義
<xacro:macro name="name" params="A B C">
...... # ······填寫具體模型定義（類似函數內容）
</xacro:macro>
5.宏調用
<name A="A_value" B="B_value" C="C_value" />
6.文件包含
<xacro:include filename="$(find mbot_descripiton)/urdf/xacro/mbot_base.xacro" />
1.3 模型顯示
~/catkin_ws/src/mbot_description/urdf/xacro 下 mbot_base.xacro文件不能單獨運行，還需要實現一個上層文件mbot.xacro來實現；
方法一： 將xacro文件轉化成URDF文件后顯示 （不常用）
在~/catkin_ws/src/mbot_description/urdf/xacro 下，運行下面命令：
$ rosrun xacro xacro.py mbot.xacro>mbot.urdf
# 出現警告忽略，看到生成mbot.urdf文件
方法二：直接調用xacro文件解析器，解析成機器人模型 （常用）
在~/catkin_ws/src/mbot_description/launch/xacro下 可以看到display_mbot_base_xacro.launch文件
<arg name="model" default="$(find xacro)/xacro --inorder '$(find mbot_description)/urdf/xacro/mbot.xacro'" />
<arg name="gui" default="true" />
<param name="robot_description" command="$(arg model)" />
$ roslaunch mbot_description display_mbot_base_xacro.launch
02 ArbotiX+rviz功能仿真
參見：http://wiki.ros.org/arbotix
2.1 Arboti簡介
- ArbotiX是一款控制電機、舵機的硬件控制板；
- 提供了相應的ROS功能包；
- 提供了一個差速控制器，通過接收速度控制指令，更新機器人的里程計狀態。
2.2 安裝Arbotix
arbotix_ros文件放在catkin_ws/src/文件夾下：
$ cd ~/catkin_ws/src
$ git clone https://github.com/vanadiumlabs/arbotix_ros.git #放在catkin_ws/src/文件夾下
$ cd ~/catkin_ws
# 下面兩種方法編譯
$ catkin_make # 編譯arbotix_ros
$ catkin_make -DCATKIN_WHITELIST_PACKAGES="arbotix_ros"
注意：arbotix_ros中的python文件需要添加可執行權限；
python文件添加可執行權限，鼠標右鍵—屬性—權限—執行：√允許作為程序執行文件（E）；
2.3 配置ArbotiX控制器
第一步：配置launch文件
~/catkin_ws/src/mbot_description/launch/xacro/下arbotix_mbot_with_camera_xacro.launch
可以看出它其實跟之前的launch文件是差不多的，只是多了一個啟動 arbotix_python 節點的命令，這個文件在之前下的啟動 arbotix_ros中可以找到，如果這里節點啟動失敗可以找到該文件，右鍵屬性查看可執行權限，python文件需要添加可執行權限才能運行。
<launch>
<arg name="model" default="$(find xacro)/xacro --inorder '$(find mbot_description)/urdf/xacro/mbot_with_camera.xacro'" />
<arg name="gui" default="false" />
<param name="robot_description" command="$(arg model)" />
<!-- 設置GUI參數，顯示關節控制插件 -->
<param name="use_gui" value="$(arg gui)"/>
<!-- 啟動 arbotix_python 節點-->
<node name="arbotix" pkg="arbotix_python" type="arbotix_driver" output="screen">
<!-- 加載控制器參數-->
<rosparam file="$(find mbot_description)/config/fake_mbot_arbotix.yaml" command="load" />
<param name="sim" value="true"/>
</node>
<!-- 運行joint_state_publisher節點，發布機器人的關節狀態 -->
<node name="joint_state_publisher" pkg="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher" />
<!-- 運行robot_state_publisher節點，發布tf -->
<node name="robot_state_publisher" pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" />
<!-- 運行rviz可視化界面 -->
<node name="rviz" pkg="rviz" type="rviz" args="-d $(find mbot_description)/config/mbot_arbotix.rviz" required="true" />
</launch>
第二步：創建配置文件
~/catkin_ws/src/mbot_description/config/下fake_mbot_arbotix.yaml
這是一個參數配置文件，定義了一個controller。包括了控制器類型、控制的車體坐標系、輪子的間距、控制頻率、PID以及加速度等參數
controllers: {
base_controller: {
type: diff_controller,
base_frame_id: base_footprint,
base_width: 0.26,
ticks_meter: 4100,
Kp: 12,
Kd: 12,
Ki: 0,
Ko: 50,
accel_limit: 1.0
}
}
第三步：啟動仿真器
$ roslaunch mbot_description arbotix_mbot_with_camera_xacro.launch
第四步：啟動鍵盤控制（再開一個新終端）
$ roslaunch mbot_teleop mbot_teleop.launch
# i小車向前， u轉向···
odom里程計坐標系，是一個全局坐標系；通過里程計記錄機器人當前的運動位姿
2.4 ArbotiX+rviz—導航仿真示例
參考：《ROS by example》
1.安裝一下turtlebot，輸入下列安裝命令：
$ sudo apt-get install ros-kinetic-turtlebot-*
2.安裝arbotix模擬器：
$ sudo apt-get install ros-kinetic-arbotix-*
這里沒有執行上面的rviz的安裝是因為在安裝ROS的時候默認已經安裝好了，不需要重復安裝。
3.安裝ROS by example書配套的代碼包rbx1
cd ~/catkin_ws/src
git clone https://github.com/pirobot/rbx1.git
cd ..
catkin_make
4.分別在三個終端運行以下代碼：
$ roslaunch rbx1_bringup fake_turtlebot.launch
$ roslaunch rbx1_nav fake_amcl.launch map:=test_map.yaml
$ rosrun rviz rviz -d `rospack find rbx1_nav`/nav.rviz
運行結果：點擊rviz畫面中的2D Nav Goal ，之后隨便標記地圖中的一點，小車可以根據路徑規划進行導航，到達目的地。
03 問題解決
3.1 問題一：ImportError: No module named arbotix_msgs.msg
2.3 配置ArbotiX控制器中
第三步：啟動仿真器
$ roslaunch mbot_description arbotix_mbot_with_camera_xacro.launch
這里在開啟上一個launch文件的時候出現了一個問題：缺少依賴項
ImportError: No module named arbotix_msgs.msg
解決方法：
不要 sudo apt-get安裝，把源碼包下載下來，編譯；
順便刷新下空間
$ source ～/catkin_ws/devel/setup.bash
04 參考資料
ROS xacro使用方法： http://wiki.ros.org/xacro