给自己的机器人部件安装单目摄像头并实现gazebo仿真功能

手术执行器添加摄像头

• 手术执行器文件夹surgical_new内容展示
• 如何添加单目摄像头
• 下载现成的机器人环境文件
• 启动仿真环境

手术执行器文件夹surgical_new内容展示

进入src文件夹下选择进入vision_obliquity文件夹

选择launch

有两个可用gazebo中rviz展示的launch文件，robot.launch是添加有摄像头的手术执行器文件，robot_env.launch进一步添加有环境信息的手术执行器文件

下图是robot.launch展示（红色方块是我们添加的摄像头）：

下图是robot_env.launch展示：

如何添加单目摄像头

参考b站学习视频的添加摄像头部分内容: https://www.bilibili.com/video/BV1Ci4y1L7ZZ?p=263&vd_source=9e3999ac88af2c6889c5f00cccc8d215

对应课程文档链接：http://www.autolabor.com.cn/book/ROSTutorials/

实现为我们自己的机器人添加摄像头功能：

实现流程:

摄像头仿真基本流程:

已经创建完毕的机器人模型，编写一个单独的 xacro 文件，为机器人模型添加摄像头配置；

将此文件集成进xacro文件；

启动 Gazebo，使用 Rviz 显示摄像头信息。

1. 摄像头 xacro 文件
   camera.xacro，代码内容如下:
   camera link、将相机作为一个link添加到机器人上的部件link2，于是便有个camera2link2的关节，type为固定的fixed

<!-- 摄像头相关的 xacro 文件 -->
<robot name="my_camera" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro">
    <!-- 摄像头属性 -->
    <xacro:property name="camera_length" value="0.001" /> <!-- 摄像头长度(x) -->
    <xacro:property name="camera_width" value="0.00025" /> <!-- 摄像头宽度(y) -->
    <xacro:property name="camera_height" value="0.00025" /> <!-- 摄像头高度(z) -->
    <xacro:property name="camera_x" value="0" /> <!-- 摄像头安装的x坐标 -->
    <xacro:property name="camera_y" value="0" /> <!-- 摄像头安装的y坐标 -->
    <xacro:property name="camera_z" value="0.02" /> <!-- 摄像头安装的z坐标:底盘高度 / 2 + 摄像头高度 / 2  -->
    

    
    <!-- Create laser reference frame -->
    <link name="camera">
        <visual>
            <origin xyz="0.000198755346578818 -0.000268944626068074 -0.0105330004865362" rpy="0 0 0" />
            <geometry>
                <box size="${camera_length} ${camera_width} ${camera_height}" />
            </geometry>
            <material name="red"/>
        </visual>

        <collision>
            <origin xyz="0.000198755346578818 -0.000268944626068074 -0.0105330004865362" rpy="0 0 0" />
            <geometry>
                <box size="${camera_length} ${camera_width} ${camera_height}" />
            </geometry>
        </collision>
    </link>
    
    <!-- 关节 -->
    <joint name="camera2link2" type="fixed">
        <parent link="link2"/>
        <child link="camera" />
        <!-- 需要计算两个 link 的物理中心之间的偏移量 -->
        <!-- 设置joint相对于父节的偏移量 -->
        <origin xyz="-0.00028 -0.0003 0.0102" rpy="0 0 0" />
        <!-- 设置关节旋转参考的坐标轴,0表示不绕该轴旋转，1表示绕该轴旋转 -->
        <axis xyz="0 0 1" />
    </joint> 
</robot>

2. Gazebo 仿真摄像头
   通过 Gazebo 模拟摄像头传感器，并在 Rviz 中显示摄像头数据
   新建 xacro 文件命名为cameraz_gazebo.xacro，配置摄像头传感器信息:

<?xml version="1.0"?>
<robot xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro" name="my_sensors">
        <gazebo reference="camera">
            <material>Gazebo/Red</material>
        </gazebo>

        <gazebo reference="camera">
            <sensor type="camera" name="camera_node">
                <update_rate>30.0</update_rate>
                <camera name="head">
                    <horizontal_fov>1.3962634</horizontal_fov>
                    <image>
                        <width>1280</width>
                        <height>720</height>
                        <format>R8G8B8</format>
                    </image>
                    <clip>
                        <near>0.02</near>
                        <far>300</far>
                    </clip>
                    <noise>
                        <type>gaussian</type>
                        <mean>0.0</mean>
                        <stddev>0.007</stddev>
                    </noise>
                </camera>
                <plugin name="gazebo_camera" filename="libgazebo_ros_camera.so">
                    <alwaysOn>true</alwaysOn>
                    <updateRate>0.0</updateRate>
                    <cameraName>/camera</cameraName>
                    <imageTopicName>image_raw</imageTopicName>
                    <cameraInfoTopicName>camera_info</cameraInfoTopicName>
                    <frameName>camera</frameName>
                    <hackBaseline>0.07</hackBaseline>
                    <distortionK1>0.0</distortionK1>
                    <distortionK2>0.0</distortionK2>
                    <distortionK3>0.0</distortionK3>
                    <distortionT1>0.0</distortionT1>
                    <distortionT2>0.0</distortionT2>
                </plugin>
            </sensor>
        </gazebo>
</robot>

1.2摄像头 xacro 文件

camera.xacro，代码内容如下:

camera link、将相机作为一个link添加到机器人上link2，于是便有个camera2link2的关节，type为固定的fixed

<!-- 摄像头相关的 xacro 文件 -->
<robot name="my_camera" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro">
    <!-- 摄像头属性 -->
    <xacro:property name="camera_length" value="0.001" /> <!-- 摄像头长度(x) -->
    <xacro:property name="camera_width" value="0.00025" /> <!-- 摄像头宽度(y) -->
    <xacro:property name="camera_height" value="0.00025" /> <!-- 摄像头高度(z) -->
    <xacro:property name="camera_x" value="0" /> <!-- 摄像头安装的x坐标 -->
    <xacro:property name="camera_y" value="0" /> <!-- 摄像头安装的y坐标 -->
    <xacro:property name="camera_z" value="0.02" /> <!-- 摄像头安装的z坐标:底盘高度 / 2 + 摄像头高度 / 2  -->
    

    
    <!-- Create laser reference frame -->
    <link name="camera">
        <visual>
            <origin xyz="0.000198755346578818 -0.000268944626068074 -0.0105330004865362" rpy="0 0 0" />
            <geometry>
                <box size="${camera_length} ${camera_width} ${camera_height}" />
            </geometry>
            <material name="red"/>
        </visual>

        <collision>
            <origin xyz="0.000198755346578818 -0.000268944626068074 -0.0105330004865362" rpy="0 0 0" />
            <geometry>
                <box size="${camera_length} ${camera_width} ${camera_height}" />
            </geometry>
        </collision>
    </link>
    
    <!-- 关节 -->
    <joint name="camera2link2" type="fixed">
        <parent link="link2"/>
        <child link="camera" />
        <!-- 需要计算两个 link 的物理中心之间的偏移量 -->
        <!-- 设置joint相对于父节的偏移量 -->
        <origin xyz="-0.00028 -0.0003 0.0102" rpy="0 0 0" />
        <!-- 设置关节旋转参考的坐标轴,0表示不绕该轴旋转，1表示绕该轴旋转 -->
        <axis xyz="0 0 1" />
    </joint> 
</robot>

封装惯性矩阵算法的 xacro 文件，内容如下的my_head.xacro文件书写，这个文件复制于链接http://www.autolabor.com.cn/book/ROSTutorials/di-6-zhang-ji-qi-ren-xi-tong-fang-zhen/66-urdfji-cheng-gazebo/662-urdf-ji-cheng-gazebo-xiang-guan-she-zhi.html的6.6.2 URDF集成Gazebo相关设置这一小节，将标准的球体、圆柱与立方体的惯性矩阵公式封装成xacro实现：

<robot name="base" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro">
    <!-- 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>

    <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>

    <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>
</robot>

组合执行器与摄像头

<!-- 组合执行器与摄像头 -->
<robot name="my_robot" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro">
    <xacro:include filename="myhead.xacro" />
    <xacro:include filename="vision_obliquity_gazebo.xacro" />
    <xacro:include filename="camera.xacro" />

    <xacro:include filename="camera_gazebo.xacro" />
</robot>

这里的vision_obliquity_gazebo.xacro是我们自己的机器人xacro文件，也就是手术执行器，替换成你们自己的机器人描述文件。

下载现成的机器人环境文件

1.下载官方模型库

https://github.com/osrf/gazebo_models

2.将模型库复制进 gazebo

将得到的box_hours.world文件复制到 /urdf/worlds下

启动仿真环境

1. 进入到手术执行器文件夹surgical_new文件夹路径下
   执行如下命令，启动gazebo：

catkin_make
source devel/setup.bash
roslaunch vision_obliquity robot_env.launch

2. 进入到手术执行器文件夹surgical_new文件夹路径下
   另起一个终端terminal，执行命令，就可以看到摄像头环境信息

rqt_image_view