ROS URDF、rviz、gazebo（1）

文章目录

• 1.URDF优化_xacro:
• • 1.1.xacro语法：
  • 1.2.xacro之launch集成：
• 2.arbotix控制机器人运动:
• • 2.1.编写arbotix配置文件：
  • 2.2.配置launch文件：
  • 2.3.向话题发布信息：
• 3.URDF集成gazebo：
• • 3.1.创建功能包并导入相关依赖：
  • 3.2.编写URDF文件：
  • • 3.2.1.collision:
    • 3.2.2.inertial：
    • 3.2.3.颜色设置:
  • 3.3.集成到launch文件并打开gazebo：

1.URDF优化_xacro:

1.1.xacro语法：

1.解析声明： xmlns

robot标签后添加一个属性xmlns:xacro=http://www.ros.rog/wiki/xacro。
2.属性定义： <xacro:property name="xxx" value="yyy" />
3.属性调用： ${属性名称}
4.属性运算： ${数学表达式}
5.宏定义： xacro:macro name="宏名称" params="参数列表（多参数之间使用空格分隔）"

<xacro:macro name ="宏名称" params="参数列表（多参数之间使用空格分隔）">

	...调用参数格式：${参数名}
</xacro:macro >

6.宏调用： <xacro:宏名称 参数1=xxx 参数2=xxx/>
7.文件包含： <xacro:include filename="文件名.xacro"/>

1.2.xacro之launch集成：

在launch文件中添加：

<param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro $(find 功能包名)/urdf/xacro/文件名加后缀"/>

2.arbotix控制机器人运动:

2.1.编写arbotix配置文件：

# 该文件是控制器配置,一个机器人模型可能有多个控制器，比如: 底盘、机械臂、夹持器(机械手)....
# 因此，根 name 是 controller
controllers: {
   # 单控制器设置
   base_controller: {
          #类型: 差速控制器
       type: diff_controller,
       #参考坐标
       base_frame_id: base_footprint, 
       #两个轮子之间的间距
       base_width: 0.2,
       #控制频率
       ticks_meter: 2000, 
       #PID控制参数，使机器人车轮快速达到预期速度
       Kp: 12, 
       Kd: 12, 
       Ki: 0, 
       Ko: 50, 
       #加速限制
       accel_limit: 1.0 
    }
}

文件配置错误可能会导致节点发布话题异常（无odom话题）的问题。

2.2.配置launch文件：

添加：

<node pkg="arbotix_python" type="arbotix_driver" name="driver" output="screen">
        <rosparam file="$(find prac_urdf)/config/control.yaml" command="load"/>
        <param name="sim" value="true"/>
    </node>

2.3.向话题发布信息：

使用命令rostopic pub -r 10 /cmd_vel geometry_msgs/Twist ...(Tab)

3.URDF集成gazebo：

3.1.创建功能包并导入相关依赖：

urdf xacro gazebo_ros gazebo_ros_control gazebo_plugins五个依赖。

3.2.编写URDF文件：

<robot name="mycar">
    <link name="base_link">
        <visual>
            <geometry>
                <box size="0.5 0.3 0.1"/>
            </geometry>
            <material name="yellow">
                <color rgba="0.5 0.3 0.0 0.5"/>
            </material>
            <origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="0.0 0.0 0.0"/>
        </visual>
        <collision>
            <geometry>
                <box size="0.5 0.3 0.1"/>
            </geometry>
            <origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="0.0 0.0 0.0"/>
        </collision>
        <inertial>
            <origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="0.0 0.0 0.0"/>
            <mass value="2"/>
            <inertia ixx="1" ixy="0" ixz="0" iyy="0" iyz="1" izz="1"/>
        </inertial>
        
    </link>
    <gazebo reference="base_link">
        <material>Gazebo/Red</material>
    </gazebo>
    
</robot>

这里要注意gazebo中颜色的设置需要使用gazebo标签，reference属性，前面的颜色设置在gazebo中不会生效。碰撞参数和惯性矩阵后续需要加深学习。

3.2.1.collision:

如果机器人link是标准的几何体形状，和link的 visual 属性设置一致即可。

3.2.2.inertial：

惯性矩阵的设置需要结合link的质量与外形参数动态生成，标准的球体、圆柱与立方体的惯性矩阵公式如下(已经封装为 xacro 实现):
球体惯性矩阵：

<!-- Macro for inertia matrix -->
    <xacro:macro name="sphere_inertial_matrix" params="m r">
        <inertial>
            <mass value="${m}" />
            <inertia ixx="${2*m*r*r/5}" ixy="0" ixz="0"
                iyy="${2*m*r*r/5}" iyz="0" 
                izz="${2*m*r*r/5}" />
        </inertial>
    </xacro:macro>

圆柱惯性矩阵:

<xacro:macro name="cylinder_inertial_matrix" params="m r h">
        <inertial>
            <mass value="${m}" />
            <inertia ixx="${m*(3*r*r+h*h)/12}" ixy = "0" ixz = "0"
                iyy="${m*(3*r*r+h*h)/12}" iyz = "0"
                izz="${m*r*r/2}" /> 
        </inertial>
    </xacro:macro>

立方体惯性矩阵:

 <xacro:macro name="Box_inertial_matrix" params="m l w h">
       <inertial>
               <mass value="${m}" />
               <inertia ixx="${m*(h*h + l*l)/12}" ixy = "0" ixz = "0"
                   iyy="${m*(w*w + l*l)/12}" iyz= "0"
                   izz="${m*(w*w + h*h)/12}" />
       </inertial>
   </xacro:macro>

需要注意的是，原则上，除了 base_footprint 外，机器人的每个刚体部分都需要设置惯性矩阵，且惯性矩阵必须经计算得出，如果随意定义刚体部分的惯性矩阵，那么可能会导致机器人在 Gazebo 中出现抖动，移动等现象。

3.2.3.颜色设置:

在 gazebo 中显示 link 的颜色，必须要使用指定的标签(在link外设置):

<gazebo reference="link节点名称">
     <material>Gazebo/Blue</material>
</gazebo>

PS：material 标签中，设置的值区分大小写，颜色可以设置为 Red Blue Green Black ...

3.3.集成到launch文件并打开gazebo：

需要在launch文件中添加：

<launch>
    <param name="robot_description" textfile="$(find urdf02_gazebo)/urdf/demo01_helloworld.urdf"/>
    <include file="$(find gazebo_ros)/launch/empty_world.launch"/>
    <node pkg="gazebo_ros" type="spawn_model" name="sp" args="-urdf -model car -param robot_description"/><!--显示机器人模型 -->
</launch>

分别在参数服务器中加载机器人模型、打开gazebo、将参数服务器中的模型载入gazebo。

未完待续...