ROS探索总结（四）（五）（六）——简单的机器人仿真 创建简单的机器人模型smartcar 使用smartcar进行仿真

ROS探索总结（四）——简单的机器人仿真

前边我们已经介绍了ROS的基本情况，以及新手入门ROS的初级教程，现在就要真正的使用ROS进入机器人世界了。接下来我们涉及到的很多例程都是《ROS by Example》这本书的内容，我是和群里的几个人一起从国外的亚马逊上买到的，还是很有参考价值的，不过前提是你已经熟悉之前的新手教程了。

一、ROS by Example

这本书是关于国外关于ROS出版的第一本书，主要针对Electric和Fuerte版本，使用机器人主要是TurtleBot。书中详细讲解了关于机器人的基本仿真、导航、路径规划、图像处理、语音识别等等，而且在google的svn上发布了所有代码，可以通过以下命令下载、编译：

[plain] view
plain copy

svn checkout http://ros-by-example.googlecode.com/svn/trunk/rbx_vol_1
rosmake rbx_vol_1

rospack profile //加入ROS package路径

二、rviz简单机器人模拟

1、安装机器人模拟器

rviz是一个显示机器人实体的工具，本身不具有模拟的功能，需要安装一个模拟器arbotix。

[plain] view
plain copy

svn checkout http://vanadium-ros-pkg.googlecode.com/svn/trunk/arbotix
rosmake arbotix

2、TurtleBot机器人的模拟

在书中的rbx_vol_1包里已经为我们写好了模拟的代码，我们先进行实验，完成后再仔细研究代码。

机器人模拟运行：

[plain] view
plain copy

roscore

roslaunch rbx1_bringup fake_pi_robot.launch

然后在终端中可以看到，机器人已经开始运行了，打开rviz界面，才能看到机器人实体。

[plain] view
plain copy

rosrun rviz rviz -d `rospack find rbx1_nav`/sim_fuerte.vcg

后面的参数是加载了rviz的配置文件sim_fuerte.vcg。效果如下：



此时的机器人是静止的，需要发布一个消息才能让它动起来。

[plain] view
plain copy

rostopic pub -r 10 /cmd_vel geometry_msgs/Twist '{linear: {x: 0.2, y: 0, z: 0}, angular: {x: 0, y: 0, z: 0.5}}'



如果要让机器人停下来，需要在中断中按下“Ctrl+c”，然后输入：

[plain] view
plain copy

rostopic pub -1 /cmd_vel geometry_msgs/Twist '{}'

也可以改变发送的topic信息，使机器人走出不同的轨迹。

三、实现分析

按照上面的仿真过程，我们详细分析每一步的代码实现。

1、TurtleBot机器人运行

机器人运行使用的是launch文件，首先打开fake_turtlebot.launch文件。

[plain] view
plain copy

<launch>

<param name="/use_sim_time" value="false" />

<!-- Load the URDF/Xacro model of our robot -->

<arg name="urdf_file" default="$(find xacro)/xacro.py '$(find turtlebot_description)/urdf/turtlebot.urdf.xacro'" />

<param name="robot_description" command="$(arg urdf_file)" />

<node name="arbotix" pkg="arbotix_python" type="driver.py" output="screen">

<rosparam file="$(find rbx1_bringup)/config/fake_turtlebot_arbotix.yaml" command="load" />

<param name="sim" value="true"/>

</node>

<node name="robot_state_publisher" pkg="robot_state_publisher" type="state_publisher">

<param name="publish_frequency" type="double" value="20.0" />

</node>

<!-- We need a static transforms for the wheels -->

<node pkg="tf" type="static_transform_publisher" name="odom_left_wheel_broadcaster" args="0 0 0 0 0 0 /base_link /left_wheel_link 100" />

<node pkg="tf" type="static_transform_publisher" name="odom_right_wheel_broadcaster" args="0 0 0 0 0 0 /base_link /right_wheel_link 100" />

</launch>

文件可以大概分为四个部分：

（1） 从指定的包中加载urdf文件

（2） 启动arbotix模拟器

（3） 启动状态发布节点

（4） tf坐标系配置

2、rviz配置文件

在打开rviz的时候需要加载一个.vcg的配置文件，主要对rviz中的插件选项进行默认的配置。这里打开的是sim_fuerte.vcg文件，由于文件比较长，这里只列举重点的部分。

[plain] view
plain copy

Background\ ColorB=0.12549

Background\ ColorG=0.12549

Background\ ColorR=0.12549

Camera\ Config=158.108 0.814789 0.619682 -1.57034

Camera\ Type=rviz::FixedOrientationOrthoViewController

Fixed\ Frame=/odom

Grid.Alpha=0.5

Grid.Cell\ Size=0.5

Grid.ColorB=0.941176

Grid.ColorG=0.941176

Grid.ColorR=0.941176

Grid.Enabled=1

Grid.Line\ Style=0

Grid.Line\ Width=0.03

Grid.Normal\ Cell\ Count=0

Grid.OffsetX=0

Grid.OffsetY=0

Grid.OffsetZ=0

Grid.Plane=0

上面的代码是配置背景颜色和网格属性的，对应rviz中的选项如下图所示。



其中比较重要的一个选项是Camera的type，这个选项是控制开发者的观察角度的，书中用的是FixedOrientationOrthoViewController的方式，就是上面图中的俯视角度，无法看到机器人的三维全景，所以可以改为OrbitViewController方式，如下图所示：

3、发布topic

要让机器人动起来，还需要给他一些运动需要的信息，这些信息都是通过topic的方式发布的。

这里的topic就是速度命令，针对这个topic，我们需要发布速度的信息，在ROS中已经为我们写好了一些可用的数据结构，这里用的是Twist信息的数据结构。在终端中可以看到Twist的结构如下：



用下面的命令进行消息的发布，其中主要包括力的大小和方向。

[plain] view
plain copy

Background\ ColorB=0.12549

Background\ ColorG=0.12549

Background\ ColorR=0.12549

Camera\ Config=158.108 0.814789 0.619682 -1.57034

Camera\ Type=rviz::FixedOrientationOrthoViewController

Fixed\ Frame=/odom

Grid.Alpha=0.5

Grid.Cell\ Size=0.5

Grid.ColorB=0.941176

Grid.ColorG=0.941176

Grid.ColorR=0.941176

Grid.Enabled=1

Grid.Line\ Style=0

Grid.Line\ Width=0.03

Grid.Normal\ Cell\ Count=0

Grid.OffsetX=0

Grid.OffsetY=0

Grid.OffsetZ=0

Grid.Plane=0

4、节点关系图

----------------------------------------------------------------

ROS探索总结（五）——创建简单的机器人模型smartcar

前面我们使用的是已有的机器人模型进行仿真，这一节我们将建立一个简单的智能车机器人smartcar，为后面建立复杂机器人打下基础。

一、创建硬件描述包

[plain] view
plain copy

roscreat-pkg smartcar_description urdf

二、智能车尺寸数据

因为建立的是一个非常简单的机器人，所以我们尽量使用简单的元素：使用长方体代替车模，使用圆柱代替车轮，具体尺寸如下：

三、建立urdf文件

在smartcar_description文件夹下建立urdf文件夹，创建智能车的描述文件smartcar.urdf，描述代码如下：

[plain] view
plain copy

<?xml version="1.0"?>

<robot name="smartcar">

<link name="base_link">

<visual>

<geometry>

<box size="0.25 .16 .05"/>

</geometry>

<origin rpy="0 0 1.57075" xyz="0 0 0"/>

<material name="blue">

<color rgba="0 0 .8 1"/>

</material>

</visual>

</link>

<link name="right_front_wheel">

<visual>

<geometry>

<cylinder length=".02" radius="0.025"/>

</geometry>

<material name="black">

<color rgba="0 0 0 1"/>

</material>

</visual>

</link>

<joint name="right_front_wheel_joint" type="continuous">

<axis xyz="0 0 1"/>

<parent link="base_link"/>

<child link="right_front_wheel"/>

<origin rpy="0 1.57075 0" xyz="0.08 0.1 -0.03"/>

<limit effort="100" velocity="100"/>

<joint_properties damping="0.0" friction="0.0"/>

</joint>

<link name="right_back_wheel">

<visual>

<geometry>

<cylinder length=".02" radius="0.025"/>

</geometry>

<material name="black">

<color rgba="0 0 0 1"/>

</material>

</visual>

</link>

<joint name="right_back_wheel_joint" type="continuous">

<axis xyz="0 0 1"/>

<parent link="base_link"/>

<child link="right_back_wheel"/>

<origin rpy="0 1.57075 0" xyz="0.08 -0.1 -0.03"/>

<limit effort="100" velocity="100"/>

<joint_properties damping="0.0" friction="0.0"/>

</joint>

<link name="left_front_wheel">

<visual>

<geometry>

<cylinder length=".02" radius="0.025"/>

</geometry>

<material name="black">

<color rgba="0 0 0 1"/>

</material>

</visual>

</link>

<joint name="left_front_wheel_joint" type="continuous">

<axis xyz="0 0 1"/>

<parent link="base_link"/>

<child link="left_front_wheel"/>

<origin rpy="0 1.57075 0" xyz="-0.08 0.1 -0.03"/>

<limit effort="100" velocity="100"/>

<joint_properties damping="0.0" friction="0.0"/>

</joint>

<link name="left_back_wheel">

<visual>

<geometry>

<cylinder length=".02" radius="0.025"/>

</geometry>

<material name="black">

<color rgba="0 0 0 1"/>

</material>

</visual>

</link>

<joint name="left_back_wheel_joint" type="continuous">

<axis xyz="0 0 1"/>

<parent link="base_link"/>

<child link="left_back_wheel"/>

<origin rpy="0 1.57075 0" xyz="-0.08 -0.1 -0.03"/>

<limit effort="100" velocity="100"/>

<joint_properties damping="0.0" friction="0.0"/>

</joint>

<link name="head">

<visual>

<geometry>

<box size=".02 .03 .03"/>

</geometry>

<material name="white">

<color rgba="1 1 1 1"/>

</material>

</visual>

</link>

<joint name="tobox" type="fixed">

<parent link="base_link"/>

<child link="head"/>

<origin xyz="0 0.08 0.025"/>

</joint>

</robot>

四、建立launch命令文件

在smartcar_description文件夹下建立launch文件夹，创建智能车的描述文件 base.urdf.rviz.launch，描述代码如下：

[plain] view
plain copy

<launch>

<arg name="model" />

<arg name="gui" default="False" />

<param name="robot_description" textfile="$(find smartcar_description)/urdf/smartcar.urdf" />

<param name="use_gui" value="$(arg gui)"/>

<node name="joint_state_publisher" pkg="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher" ></node>

<node name="robot_state_publisher" pkg="robot_state_publisher" type="state_publisher" />

<node name="rviz" pkg="rviz" type="rviz" args="-d $(find urdf_tutorial)/urdf.vcg" />

</launch>

五、效果演示

在终端中输入显示命令：

[plain] view
plain copy

roslaunch smartcar_description base.urdf.rviz.launch gui:=true

显示效果如下图所示，使用gui中的控制bar可以控制四个轮子单独旋转。



----------------------------------------------------------------

ROS探索总结（六）——使用smartcar进行仿真

之前的博客中，我们使用rviz进行了TurtleBot的仿真，而且使用urdf文件建立了自己的机器人smartcar，本篇博客是将两者进行结合，使用smartcar机器人在rviz中进行仿真。

一、模型完善

之前我们使用的都是urdf文件格式的模型，在很多情况下，ROS对urdf文件的支持并不是很好，使用宏定义的.xacro文件兼容性更好，扩展性也更好。所以我们把之前的urdf文件重新整理编写成.xacro文件。

.xacro文件主要分为三部分：

1、机器人主体

[plain] view
plain copy

<?xml version="1.0"?>

<robot name="smartcar" xmlns:xacro="http://ros.org/wiki/xacro">

<property name="M_PI" value="3.14159"/>

<!-- Macro for SmartCar body. Including Gazebo extensions, but does not include Kinect -->

<include filename="$(find smartcar_description)/urdf/gazebo.urdf.xacro"/>

<property name="base_x" value="0.33" />

<property name="base_y" value="0.33" />

<xacro:macro name="smartcar_body">

<link name="base_link">

<inertial>

<origin xyz="0 0 0.055"/>

<mass value="1.0" />

<inertia ixx="1.0" ixy="0.0" ixz="0.0" iyy="1.0" iyz="0.0" izz="1.0"/>

</inertial>

<visual>

<geometry>

<box size="0.25 .16 .05"/>

</geometry>

<origin rpy="0 0 0" xyz="0 0 0.055"/>

<material name="blue">

<color rgba="0 0 .8 1"/>

</material>

</visual>

<collision>

<origin rpy="0 0 0" xyz="0 0 0.055"/>

<geometry>

<box size="0.25 .16 .05" />

</geometry>

</collision>

</link>

<link name="left_front_wheel">

<inertial>

<origin xyz="0.08 0.08 0.025"/>

<mass value="0.1" />

<inertia ixx="1.0" ixy="0.0" ixz="0.0" iyy="1.0" iyz="0.0" izz="1.0"/>

</inertial>

<visual>

<geometry>

<cylinder length=".02" radius="0.025"/>

</geometry>

<material name="black">

<color rgba="0 0 0 1"/>

</material>

</visual>

<collision>

<origin rpy="0 1.57075 1.57075" xyz="0.08 0.08 0.025"/>

<geometry>

<cylinder length=".02" radius="0.025"/>

</geometry>

</collision>

</link>

<joint name="left_front_wheel_joint" type="continuous">

<axis xyz="0 0 1"/>

<parent link="base_link"/>

<child link="left_front_wheel"/>

<origin rpy="0 1.57075 1.57075" xyz="0.08 0.08 0.025"/>

<limit effort="100" velocity="100"/>

<joint_properties damping="0.0" friction="0.0"/>

</joint>

<link name="right_front_wheel">

<inertial>

<origin xyz="0.08 -0.08 0.025"/>

<mass value="0.1" />

<inertia ixx="1.0" ixy="0.0" ixz="0.0" iyy="1.0" iyz="0.0" izz="1.0"/>

</inertial>

<visual>

<geometry>

<cylinder length=".02" radius="0.025"/>

</geometry>

<material name="black">

<color rgba="0 0 0 1"/>

</material>

</visual>

<collision>

<origin rpy="0 1.57075 1.57075" xyz="0.08 -0.08 0.025"/>

<geometry>

<cylinder length=".02" radius="0.025"/>

</geometry>

</collision>

</link>

<joint name="right_front_wheel_joint" type="continuous">

<axis xyz="0 0 1"/>

<parent link="base_link"/>

<child link="right_front_wheel"/>

<origin rpy="0 1.57075 1.57075" xyz="0.08 -0.08 0.025"/>

<limit effort="100" velocity="100"/>

<joint_properties damping="0.0" friction="0.0"/>

</joint>

<link name="left_back_wheel">

<inertial>

<origin xyz="-0.08 0.08 0.025"/>

<mass value="0.1" />

<inertia ixx="1.0" ixy="0.0" ixz="0.0" iyy="1.0" iyz="0.0" izz="1.0"/>

</inertial>

<visual>

<geometry>

<cylinder length=".02" radius="0.025"/>

</geometry>

<material name="black">

<color rgba="0 0 0 1"/>

</material>

</visual>

<collision>

<origin rpy="0 1.57075 1.57075" xyz="-0.08 0.08 0.025"/>

<geometry>

<cylinder length=".02" radius="0.025"/>

</geometry>

</collision>

</link>

<joint name="left_back_wheel_joint" type="continuous">

<axis xyz="0 0 1"/>

<parent link="base_link"/>

<child link="left_back_wheel"/>

<origin rpy="0 1.57075 1.57075" xyz="-0.08 0.08 0.025"/>

<limit effort="100" velocity="100"/>

<joint_properties damping="0.0" friction="0.0"/>

</joint>

<link name="right_back_wheel">

<inertial>

<origin xyz="-0.08 -0.08 0.025"/>

<mass value="0.1" />

<inertia ixx="1.0" ixy="0.0" ixz="0.0" iyy="1.0" iyz="0.0" izz="1.0"/>

</inertial>

<visual>

<geometry>

<cylinder length=".02" radius="0.025"/>

</geometry>

<material name="black">

<color rgba="0 0 0 1"/>

</material>

</visual>

<collision>

<origin rpy="0 1.57075 1.57075" xyz="-0.08 -0.08 0.025"/>

<geometry>

<cylinder length=".02" radius="0.025"/>

</geometry>

</collision>

</link>

<joint name="right_back_wheel_joint" type="continuous">

<axis xyz="0 0 1"/>

<parent link="base_link"/>

<child link="right_back_wheel"/>

<origin rpy="0 1.57075 1.57075" xyz="-0.08 -0.08 0.025"/>

<limit effort="100" velocity="100"/>

<joint_properties damping="0.0" friction="0.0"/>

</joint>

<link name="head">

<inertial>

<origin xyz="0.08 0 0.08"/>

<mass value="0.1" />

<inertia ixx="1.0" ixy="0.0" ixz="0.0" iyy="1.0" iyz="0.0" izz="1.0"/>

</inertial>

<visual>

<geometry>

<box size=".02 .03 .03"/>

</geometry>

<material name="white">

<color rgba="1 1 1 1"/>

</material>

</visual>

<collision>

<origin xyz="0.08 0 0.08"/>

<geometry>

<cylinder length=".02" radius="0.025"/>

</geometry>

</collision>

</link>

<joint name="tobox" type="fixed">

<parent link="base_link"/>

<child link="head"/>

<origin xyz="0.08 0 0.08"/>

</joint>

</xacro:macro>

</robot>

2、gazebo属性部分

[plain] view
plain copy

<?xml version="1.0"?>

<robot xmlns:controller="http://playerstage.sourceforge.net/gazebo/xmlschema/#controller"

xmlns:interface="http://playerstage.sourceforge.net/gazebo/xmlschema/#interface"

xmlns:sensor="http://playerstage.sourceforge.net/gazebo/xmlschema/#sensor"

xmlns:xacro="http://ros.org/wiki/xacro"

name="smartcar_gazebo">

<!-- ASUS Xtion PRO camera for simulation -->

<!-- gazebo_ros_wge100 plugin is in kt2_gazebo_plugins package -->

<xacro:macro name="smartcar_sim">

<gazebo reference="base_link">

<material>Gazebo/Blue</material>

</gazebo>

<gazebo reference="right_front_wheel">

<material>Gazebo/FlatBlack</material>

</gazebo>

<gazebo reference="right_back_wheel">

<material>Gazebo/FlatBlack</material>

</gazebo>

<gazebo reference="left_front_wheel">

<material>Gazebo/FlatBlack</material>

</gazebo>

<gazebo reference="left_back_wheel">

<material>Gazebo/FlatBlack</material>

</gazebo>

<gazebo reference="head">

<material>Gazebo/White</material>

</gazebo>

</xacro:macro>

</robot>

3、主文件

[cpp] view
plain copy

<span style="font-size:14px;"><?xml version="1.0"?>

<robot name="smartcar"

xmlns:xi="http://www.w3.org/2001/XInclude"

xmlns:gazebo="http://playerstage.sourceforge.net/gazebo/xmlschema/#gz"

xmlns:model="http://playerstage.sourceforge.net/gazebo/xmlschema/#model"

xmlns:sensor="http://playerstage.sourceforge.net/gazebo/xmlschema/#sensor"

xmlns:body="http://playerstage.sourceforge.net/gazebo/xmlschema/#body"

xmlns:geom="http://playerstage.sourceforge.net/gazebo/xmlschema/#geom"

xmlns:joint="http://playerstage.sourceforge.net/gazebo/xmlschema/#joint"

xmlns:controller="http://playerstage.sourceforge.net/gazebo/xmlschema/#controller"

xmlns:interface="http://playerstage.sourceforge.net/gazebo/xmlschema/#interface"

xmlns:rendering="http://playerstage.sourceforge.net/gazebo/xmlschema/#rendering"

xmlns:renderable="http://playerstage.sourceforge.net/gazebo/xmlschema/#renderable"

xmlns:physics="http://playerstage.sourceforge.net/gazebo/xmlschema/#physics"

xmlns:xacro="http://ros.org/wiki/xacro">

<include filename="$(find smartcar_description)/urdf/smartcar_body.urdf.xacro" />

<!-- Body of SmartCar, with plates, standoffs and Create (including sim sensors) -->

<smartcar_body/>

<smartcar_sim/>

</robot></span>

二、lanuch文件

在launch文件中要启动节点和模拟器。

[plain] view
plain copy

<launch>

<param name="/use_sim_time" value="false" />

<!-- Load the URDF/Xacro model of our robot -->

<arg name="urdf_file" default="$(find xacro)/xacro.py '$(find smartcar_description)/urdf/smartcar.urdf.xacro'" />

<arg name="gui" default="false" />

<param name="robot_description" command="$(arg urdf_file)" />

<param name="use_gui" value="$(arg gui)"/>

<node name="arbotix" pkg="arbotix_python" type="driver.py" output="screen">

<rosparam file="$(find smartcar_description)/config/smartcar_arbotix.yaml" command="load" />

<param name="sim" value="true"/>

</node>

<node name="joint_state_publisher" pkg="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher" >

</node>

<node name="robot_state_publisher" pkg="robot_state_publisher" type="state_publisher">

<param name="publish_frequency" type="double" value="20.0" />

</node>

<!-- We need a static transforms for the wheels -->

<node pkg="tf" type="static_transform_publisher" name="odom_left_wheel_broadcaster" args="0 0 0 0 0 0 /base_link /left_front_link 100" />

<node pkg="tf" type="static_transform_publisher" name="odom_right_wheel_broadcaster" args="0 0 0 0 0 0 /base_link /right_front_link 100" />

<node name="rviz" pkg="rviz" type="rviz" args="-d $(find smartcar_description)/urdf.vcg" />

</launch>

三、仿真测试

首先运行lanuch，既可以看到rviz中的机器人：

[plain] view
plain copy

roslaunch smartcar_description smartcar_display.rviz.launch



发布一条动作的消息。

[plain] view
plain copy

rostopic pub -r 10 /cmd_vel geometry_msgs/Twist '{linear: {x: 0.5, y: 0, z: 0}, angular: {x: 0, y: 0, z: 0.5}}'

四、节点关系

----------------------------------------------------------------

欢迎大家转载我的文章。

转载请注明：转自古-月

http://blog.csdn.net/hcx25909