ROS教程

這是小弟的學習筆記，有錯求請拍，多指教，謝謝

三 機器人模擬軟體Gazebo介紹

Gazebo功能

1.構建機器人運動模擬模型

在Gazebo裡，提供了最基礎的三個物體，球體，圓柱體，立方體，利用這三個物體以及它們的伸縮變換或者旋轉變換，可以設計一個最簡單的機器人三維模擬模型。更加地，Gazebo提供了CAD，Blender等各種2D，3D設計軟體的介面，可以匯入這些圖紙讓Gazebo的機器人模型更加真實，這些之後會詳細介紹。同時，Gazebo提供了機器人的運動模擬，通過Model Editor下的plugin，來新增我們需要驗證的演算法檔案，就可以在Gazebo裡對機器人的運動進行模擬

2.構建現實世界各種場景的模擬模型

Gazebo可以建立一個用來測試機器人的模擬場景，通過新增物體庫，放入垃圾箱，雪糕桶，甚至是人偶等物體來模仿現實世界，還可以通過Building Editor，新增2D的房屋設計圖，在設計圖基礎上構建出3D的房屋

3.構建感測器模擬模型

Gazebo擁有一個很強大的感測器模型庫，包括camera，depth camera，laser，imu等機器人常用的感測器，並且已經有模擬庫，已經可以直接使用，也可以自己從0建立一個新的感測器，新增它的具體引數，甚至還可以新增感測器噪聲模型，讓感測器更加真實

4.為機器人模型新增現實世界的物理性質

Gazebo裡有force，physics的選項，可以為機器人新增例如重力，阻力等，Gazebo有一個很接近真實的物理模擬引擎，要記得一般的地面是沒有阻力的，和現實世界有區別

Gazebo安裝

1.注意

如果是安裝了full版本的ROS，是不需要再安裝Gazebo的，檢查自己是否安裝了Gazebo的方法：
1）在搜尋欄輸入“Gazebo”查詢；
2）通過命令列查詢$ dpkg -l|grep gazebo，可以查詢Gazebo是否已經安裝，並且檢視版本號，建議安裝最新版本

如果安裝了舊版本的Gazebo，應該先解除安裝再安裝新版本，現在最新版本是Gazebo8，可以通過Gazebo官網檢視最新版本Gazebo8

解除安裝舊版本Gazebo的方法：
1）通過Ubuntu軟體管理中心解除安裝

2）命令列方法
查詢與Gazebo相關的軟體包
$ dpkg --get-selections | grep gazebo

解除安裝命令$ sudo apt-get remove gazebo7
但是要把與之相關的軟體，附加項都解除安裝，比較麻煩，可以通過autoremove一次性解除安裝所有相關的軟體
$ sudo apt-get autoremove gazebo7

2.安裝Gazebo的方法

1）通過安裝指令碼來安裝
從官網的教程來看，通過sh指令碼來安裝是最方便的，指令碼是linux系統裡一個比較方便的工具，就像ROS裡的launch檔案一樣，sh檔案啟動後，會自動執行指令碼設定好的工作，下邊是官網推薦的通過指令碼安裝的具體步驟：
點選下載安裝指令碼 install.sh指令碼下載地址
通常來說，下載的檔案會放在檔案目錄~/home/下載/ 下，通過命令列
$ cd 下載 進入資料夾目錄
執行指令碼檔案$ sh gazebo8_install.sh 有時需要管理員許可權，則加上sudo 即可

2）注意，不建議完全照搬官網的安裝步驟，因為下載指令碼檔案的資料夾有區別

參考網址
Gazebo/tutorials/1

Gazebo介面與操作

1.介面

1）初始介面

2）建立模型介面
將滑鼠移至左上角，會看到有Edit選項

點選Model Editor選項

模型介面

節點/關節建立介面

參考網址
Gazebo/tutorials/2

2.操作

滑鼠操作方法，這裡用了Gazebo官網的圖，一般常用的就是“shift+滑鼠左鍵”轉換視角，“滑鼠左鍵”平移視角，“滾輪”縮放大小

鍵盤的快捷鍵有很多，值得自己去發掘，但要謹記，在建立模型的時候，“ctrl+z”的撤回鍵是不能用的，所以每次操作完成之後，最好按以下“esc”鍵退出當前操作至選擇物體模式，這樣會避免誤點

用Gazebo建立第一個機器人模型

1.機器人模型在Gazebo中需要的結構

我們可以在“Model Editor”介面下看到

一個模型的建立，主要包括裡四個方面：
“Models”指的是從模型庫新增的模型，是已經構建好的物體，具有一定功能和外觀的，例如感測器，房屋，車體，車輪等
“Model Plugins”指的是關於目前正在建立的模型的一些功能描述資訊
“Links”指當前通過球體/圓柱/立方體建立的物體
“Joints”指各個物體之間的連線關節

2.建立步驟

1）進入“Model Editor”模型編輯介面
2）建立車體
通過基礎圖形來建立一個簡單的二輪差分運動模型

拖拽一個圓柱體到面板中，並雙擊圓柱體，開啟“Link Inspector”編輯物體屬性

點選“Visual”和“Collision”，修改Geometry，把半徑和厚度改成自己需要的大小，本模型將厚度改成0.1m，保持半徑大小不變

“Visual”是該物體的外觀
“Collision”是物體的實際性質，在模擬引擎中呼叫的引數

因為作為車體底盤，所以儘量把第一塊模型的x，y，z座標調整至座標軸上，方便以後對於其他物體的調整。在“Link”標籤中，滑動到最低，會看到有一個“Pose”標籤，這個就是調整物體的座標還有偏轉角度的
因為要配合車輪的位置，所以在這個時候應該根據車輪的半徑，來確定底盤的z座標。車輪擬定半徑0.2m，所以底盤的z座標也調整至0.2m，可以方便以後的工作

謹記，所有的長度，座標，都是根據物體中心或中線來確定的

3）建立支柱
按照上邊的步驟新增圓柱，並修改引數。半徑為0.02m，厚度為0.4m

複製出4根支柱，暫時放在任意位置

4）建立頂層板
複製第二步建立的車體底盤，暫時放在任意位置

5）連線部件
點選頂部的“Joint”，開啟節點編輯器，點選父物體，再點選子物體，即可建立一個節點。
父物體是帶動子物體運動的，所以應該以底盤為父級，支柱為子級

6）調整節點屬性
“Joint types”：一般常用的有Fixed，Revolute，Ball，分別是固定連線，可以旋轉的，球體多方向轉動（類似萬向輪）。支柱屬於固定連線，所以選擇Fixed

“Align links”：使用“Align links”選項可以快速調整兩個零件的位置關係，三個按鈕分別是左貼合，歸中，右貼合，“Reverse”是在貼合後更改內外關係的，調整子物體的哪個面與父物體接觸，如果想支柱在底盤內，則不要勾選Reverse，勾選了的話支柱會在底盤外

留意黃色框，試一下改變每一個軸的Reverse選項

7）重複操作，按照關節型別為Fixed的方法，連線剩下的零件
注意，要把頂層板和四個支柱都連線在一起，其實Fixed的作用就相當於螺絲，把零件連線在一起，只有這樣才能保證模擬的真實性

8）建立車輪
二輪差分模型有兩個主動輪加上一到兩個萬向輪
車輪依然是簡單的圓柱體，但這一次要把圓柱體轉個90度，90度=1.5707 rad

更改半徑，厚度

9）連線車輪和車體
黃色框是值得注意的地方，滾動的車輪要選擇可選轉的關節型別“Revolute”，並且調節可旋轉的軸，物體將繞著有小黃圓圈標記的軸旋轉

重複該步驟建立另一邊的車輪，留意車輪是否著地。通過目測是十分困難的，最好是寫下每個零件的半徑，厚度等引數，通過計算得出車輪是否著地

10）建立萬向輪
在簡易模型裡，我們可以直接用球體來代替萬向輪， 其實在現實生活中，萬向輪大多也是球體
嘗試一下計算，看看球體萬向輪的半徑要多大，才能讓球體緊貼地面，並且著地時高度不超過底盤？

答案是 ：底盤的Z座標/2

一定要注意，“VIsual”和“Collision”都要更改

11）連線萬向輪
有時使用“Align links”不能讓萬向輪著地，這個時候可以再調整它與父物體的相關位置
不建議一開始就使用Pose來調整，調整物體位置時“Align links”會更加直觀方便

重複建立一個萬向輪模型

3.新增感測器

1）尋找合適的庫

http://gazebosim.org/models/是官方的模型庫，開啟並找到深度攝像頭“Depth camera”，拖拽到面板中。最好直接拖拽到紅色的軸線上

2）安裝感測器
在安裝感測器到車體上的時候並不能用Align links快速調整位置的方法，需要自己手動移動，望大神指導如何準確移動。這個時候要很小心，因為容易誤點了其他零件導致不必要的移動
把深度攝像頭移動到車頂，然後用Fixed型別的節點讓車體與攝像頭連線

3）配置Plugin
參考了Gazebo官網的教程，我們在Model標籤下，找到Plugin的add按鈕，開啟並填寫

“Plugin name”一定是獨立的，不能出現重複，這個可以自己定義
“Filename”是連結檔案的名稱，一般是連結一些動態庫，有關動態庫的筆記之後學到了再寫
因為libFollowerPlugin.so動態庫並沒有要求輸入什麼引數，所以“Innerxml”不需要填寫

4.儲存並退出

將滑鼠移動到左上角，點選“FIle”，進行儲存和退出操作

5.在World介面進行模擬

在機器人前邊放置一個立方體，然後點選下方的開始按鍵，看到機器人朝著方塊運動，證明模型建立成功

參考網址
Gazebo/tutorials/3