【ROS2学习笔记】Gazebo 仿真与 XACRO 模型

前言

本系列博文是本人的学习笔记，自用为主，不是教程，学习请移步其他大佬的相关教程。前几篇学习资源来自鱼香ROS大佬的详细教程，适合深入学习，但对本人这样的初学者不算友好，后续笔记将以@古月居的ROS2入门21讲为主，侵权即删。

一、学习目标

1. 理解 Gazebo 的核心价值 ------ 没有实物机器人时，也能做物理仿真（模拟运动、环境交互）
2. 掌握 Gazebo 的安装与基础启动（解决离线模型加载问题）
3. 学会用 XACRO 优化 URDF（解决 URDF 重复代码多、维护难的痛点）
4. 掌握 Gazebo 仿真模型的必备配置（惯性、碰撞、传动、控制器插件）
5. 能独立完成 "移动机器人 Gazebo 仿真 + 键盘控制" 的完整流程
6. 了解下一代仿真器 Ignition 的基本使用

二、Gazebo 是什么？

2.1 一句话定义：机器人的 "虚拟试验场"

Gazebo 是 ROS 生态中最常用的三维物理仿真平台，能模拟真实世界的物理规则（重力、摩擦力、碰撞），让虚拟机器人在虚拟环境中运动，就像在真实世界一样。

2.2 为什么需要 Gazebo？（解决初学者的痛点）

痛点场景	Gazebo 的解决方案	例子
没有实物机器人	用虚拟机器人做开发、测试	没买移动机器人，也能调试导航算法
实物测试危险 / 成本高	模拟高危场景（如碰撞、悬崖）	测试无人机避障，不用担心摔机
需要重复测试相同场景	保存 / 加载仿真环境，精确复现测试条件	每次测试都用同一个 "客厅" 环境
需要模拟复杂环境	加载地图、障碍物、光照等环境元素	模拟火星表面环境，测试火星车运动

三、Gazebo 基础：安装与启动

3.1 安装步骤（以 ROS2 Humble 为例）

1. 安装 Gazebo 核心包

打开终端，执行命令：

# 安装ROS2 Humble对应的Gazebo包（包含核心功能和ROS接口）
sudo apt install ros-humble-gazebo-*

2. 解决 "离线模型加载慢" 问题（关键！）

Gazebo 第一次启动时会在线下载模型（如桌子、椅子），速度很慢，建议提前下载离线模型：

1. 下载离线模型包（GitHub 链接）：

   git clone https://github.com/osrf/gazebo_models.git ~/.gazebo/models

2. 等待下载完成（约 1GB，耐心等待），之后启动 Gazebo 会直接加载本地模型。

3. 验证安装

启动 Gazebo 空环境，测试是否正常：

# 启动Gazebo（带ROS2接口）
ros2 launch gazebo_ros gazebo.launch.py

• 预期效果：弹出 Gazebo 窗口，显示空旷的仿真环境（地面是网格），无报错。

3.2 Gazebo 窗口基础操作

操作需求	鼠标 / 键盘操作
旋转视角	按住鼠标左键拖动
平移视角	按住鼠标中键拖动
缩放视角	滚动鼠标滚轮
选中物体（如机器人）	单击鼠标左键
移动选中物体	按住鼠标右键拖动
关闭 Gazebo	关闭窗口，或终端按Ctrl+C

四、XACRO：优化 URDF 的 "编程化工具"

URDF 虽然能描述机器人，但存在重复代码多、参数难维护的问题（比如 4 个轮子要写 4 遍相同代码）。XACRO（XML Macro）是 URDF 的升级版本，支持 "编程化" 特性，让模型编写更高效。

4.1 XACRO 的核心优势（对比 URDF）

特性	URDF 的问题	XACRO 的解决方案	小白类比
重复代码多	4 个轮子要写 4 遍<link>和<joint>	宏定义（xacro:macro），写 1 次复用 4 次	像函数定义，调用时传参数就行
参数难修改	改轮子半径要找遍所有相关代码	常量定义（xacro:property），改 1 处全生效	像编程中的全局变量，改变量值即可
无计算能力	轮距 = 2× 轮中心 y 坐标，需手动算	支持数学计算（${a+b}），自动算结果	像 Excel 公式，输入表达式自动计算
大文件难维护	整个机器人写在 1 个 URDF 里，找代码麻烦	文件包含（xacro:include），分模块管理	像 C 语言的#include，分文件写代码

4.2 XACRO 核心语法

1. 常量定义（xacro:property）

作用 ：定义不变的参数（如轮子半径、底盘质量），方便后续修改。语法：

<!-- 定义常量：名字="参数名"，值="参数值" -->
<xacro:property name="M_PI" value="3.1415926"/>  <!-- 圆周率 -->
<xacro:property name="wheel_radius" value="0.06"/> <!-- 轮子半径0.06米 -->
<xacro:property name="base_mass" value="1.0"/>    <!-- 底盘质量1千克 -->

<!-- 调用常量：用${参数名} -->
<geometry>
  <!-- 圆柱体半径=wheel_radius（调用常量） -->
  <cylinder radius="${wheel_radius}" length="0.025"/>
</geometry>

2. 数学计算（${表达式}）

作用 ：自动计算参数（如轮距 = 2× 轮子 y 坐标），避免手动计算错误。支持运算 ：+ - * / ()（优先级），自动转浮点数。例子：

<!-- 定义轮子中心到底盘中心的y距离 -->
<xacro:property name="wheel_joint_y" value="0.19"/>

<!-- 轮距=2×wheel_joint_y（左右轮之间的距离） -->
<xacro:property name="wheel_separation" value="${2 * wheel_joint_y}"/>

<!-- 调用计算结果（Gazebo差速控制器用） -->
<wheel_separation>${wheel_separation}</wheel_separation>

3. 宏定义（xacro:macro）

作用 ：将重复的代码（如轮子的<link>和<joint>）封装成 "模块"，调用时传参数即可。语法：

<!-- 1. 定义宏：name=宏名，params=参数（多个参数用空格分隔） -->
<xacro:macro name="wheel" params="prefix reflect">
  <!-- prefix：轮子前缀（如left/right），reflect：左右对称（1/-1） -->
  
  <!-- 关节：名字=prefix_wheel_joint（如left_wheel_joint） -->
  <joint name="${prefix}_wheel_joint" type="continuous">
    <!-- 位置：y=reflect×wheel_joint_y（左右轮对称，reflect=1是左轮，-1是右轮） -->
    <origin xyz="0 ${reflect*wheel_joint_y} -0.05" rpy="0 0 0"/>
    <parent link="base_link"/>
    <child link="${prefix}_wheel_link"/> <!-- 连杆名=prefix_wheel_link -->
    <axis xyz="0 1 0"/> <!-- 绕y轴旋转 -->
  </joint>

  <!-- 连杆：名字=prefix_wheel_link -->
  <link name="${prefix}_wheel_link">
    <visual>
      <origin xyz="0 0 0" rpy="${M_PI/2} 0 0"/> <!-- 旋转90度，让圆柱体立起来 -->
      <geometry>
        <cylinder radius="${wheel_radius}" length="0.025"/> <!-- 调用常量 -->
      </geometry>
    </visual>
  </link>
</xacro:macro>

<!-- 2. 调用宏：传参数prefix和reflect -->
<xacro:wheel prefix="left" reflect="1"/>  <!-- 左轮：reflect=1（y正方向） -->
<xacro:wheel prefix="right" reflect="-1"/> <!-- 右轮：reflect=-1（y负方向） -->

4. 文件包含（xacro:include）

作用 ：将大模型拆分成多个小文件（如底盘、相机、雷达），方便维护。语法：

<!-- 主文件：mbot_gazebo.xacro -->
<?xml version="1.0"?>
<robot name="mbot" xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro">
  <!-- 包含底盘模块文件（路径：learning_gazebo/urdf/mbot_base_gazebo.xacro） -->
  <xacro:include filename="$(find learning_gazebo)/urdf/mbot_base_gazebo.xacro" />
  
  <!-- 调用底盘宏（在mbot_base_gazebo.xacro中定义） -->
  <xacro:mbot_base_gazebo/>
</robot>

4.3 XACRO 安装与验证

1. 安装 XACRO 工具

sudo apt install ros-humble-xacro

2. 验证 XACRO 文件（转 URDF）

XACRO 文件不能直接用，需要转成 URDF 格式，命令：

# 格式：xacro 输入XACRO文件 > 输出URDF文件
xacro learning_gazebo/urdf/mbot_gazebo.xacro > mbot_gazebo.urdf

• 若没有报错，生成mbot_gazebo.urdf，说明 XACRO 语法正确。

五、Gazebo 仿真模型配置（关键！URDF→Gazebo 可用）

XACRO 模型还需要添加物理参数 和Gazebo 专属配置，否则加载到 Gazebo 会飘起来、不能动。核心配置有 4 步：

5.1 1. 完善物理参数（惯性 + 碰撞）

Gazebo 是物理仿真，必须给每个<link>加惯性（inertial） 和碰撞（collision）：

• 惯性（inertial）：描述物体的质量和惯性（如底盘重 1kg，转动时的阻力），没有会飘起来；
• 碰撞（collision）：描述物体的碰撞形状（简化版，比如用长方体代替复杂外壳），没有会穿模。

例子（用 XACRO 宏定义惯性）：

<!-- 定义圆柱体惯性宏：m=质量，r=半径，h=长度 -->
<xacro:macro name="cylinder_inertial_matrix" params="m r h">
  <inertial>
    <mass value="${m}" /> <!-- 质量 -->
    <!-- 惯性矩阵（公式固定，不用记，代入参数即可） -->
    <inertia ixx="${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>

<!-- 调用宏：底盘惯性（质量1kg，半径0.2m，长度0.16m） -->
<link name="base_link">
  <collision>
    <geometry>
      <cylinder radius="${base_radius}" length="${base_length}"/> <!-- 碰撞形状=底盘形状 -->
    </geometry>
  </collision>
  <!-- 调用惯性宏 -->
  <xacro:cylinder_inertial_matrix m="${base_mass}" r="${base_radius}" h="${base_length}" />
</link>

5.2 2. 添加 Gazebo 颜色标签（gazebo）

URDF 的颜色（material）在 Gazebo 中不生效，需要用<gazebo>标签重新设置：

<!-- 格式：<gazebo reference="link名"> 配置Gazebo属性 -->
<gazebo reference="base_link">
  <material>Gazebo/Blue</material> <!-- Gazebo预设颜色：蓝色 -->
</gazebo>
<gazebo reference="left_wheel_link">
  <material>Gazebo/Gray</material> <!-- 轮子颜色：灰色 -->
</gazebo>

• Gazebo 预设颜色：Gazebo/Red、Gazebo/Green、Gazebo/Blue、Gazebo/Gray等。

5.3 3. 配置传动装置（transmission）

传动装置是 "电机" 和 "关节" 的桥梁，告诉 Gazebo "哪个关节由哪个电机驱动"：

<transmission name="left_wheel_joint_trans">
  <type>transmission_interface/SimpleTransmission</type> <!-- 简单传动类型 -->
  <joint name="left_wheel_joint" > <!-- 关联的关节：左轮关节 -->
    <!-- 硬件接口：速度控制（控制关节的角速度） -->
    <hardwareInterface>hardware_interface/VelocityJointInterface</hardwareInterface>
  </joint>
  <actuator name="left_wheel_joint_motor"> <!-- 电机名字 -->
    <hardwareInterface>hardware_interface/VelocityJointInterface</hardwareInterface>
    <mechanicalReduction>1</mechanicalReduction> <!-- 减速比：1=无减速 -->
  </actuator>
</transmission>

5.4 4. 添加 Gazebo 控制器插件（gazebo plugin）

控制器插件负责 "计算电机速度"，比如移动机器人的差速控制器 （根据cmd_vel指令，计算左右轮的角速度）：

<gazebo>
  <!-- 差速控制器插件：文件名固定，不用改 -->
  <plugin name="differential_drive_controller" filename="libgazebo_ros_diff_drive.so">
    <update_rate>30</update_rate> <!-- 控制频率：30Hz -->
    <left_joint>left_wheel_joint</left_joint> <!-- 左轮关节名 -->
    <right_joint>right_wheel_joint</right_joint> <!-- 右轮关节名 -->
    <wheel_separation>${2*wheel_joint_y}</wheel_separation> <!-- 轮距（左右轮距离） -->
    <wheel_diameter>${2*wheel_radius}</wheel_diameter> <!-- 轮子直径 -->
    <max_wheel_torque>20</max_wheel_torque> <!-- 最大扭矩（防止电机过载） -->
    <command_topic>cmd_vel</command_topic> <!-- 接收速度指令的话题：/cmd_vel -->
    <publish_odom>true</publish_odom> <!-- 发布里程计信息 -->
    <odometry_topic>odom</odometry_topic> <!-- 里程计话题名：/odom -->
    <robot_base_frame>base_footprint</robot_base_frame> <!-- 机器人基础坐标系 -->
  </plugin>
</gazebo>

• 关键：command_topic="cmd_vel"表示插件会订阅/cmd_vel话题，接收速度指令（线速度 x、角速度 z）。

六、实战：移动机器人 Gazebo 仿真（完整流程）

6.1 步骤 1：创建功能包与文件结构

learning_gazebo/          # 功能包名
├── urdf/                # XACRO文件
│   ├── mbot_gazebo.xacro          # 主XACRO文件（包含底盘）
│   └── mbot_base_gazebo.xacro     # 底盘XACRO文件（含物理参数、插件）
├── launch/              # Launch文件
│   └── load_urdf_into_gazebo.launch.py  # 启动仿真的Launch
└── worlds/              # Gazebo世界文件（可选，默认是空环境）
    └── neighborhood.world  # 小区环境（示例）

6.2 步骤 2：解析 Launch 文件（load_urdf_into_gazebo.launch.py）

Launch 文件一键启动所有节点（Gazebo、加载模型、发布 TF），代码带详细注释：

import os
from ament_index_python.packages import get_package_share_directory
from launch import LaunchDescription
from launch.actions import IncludeLaunchDescription
from launch.launch_description_sources import PythonLaunchDescriptionSource
from launch_ros.actions import Node

def generate_launch_description():
    # 1. 获取功能包路径（自动找到learning_gazebo的位置）
    package_name = 'learning_gazebo'
    pkg_path = get_package_share_directory(package_name)
    
    # 2. 世界文件路径（可选：用自定义环境，如小区；默认是空环境，可注释）
    world_file_path = 'worlds/neighborhood.world'
    world_path = os.path.join(pkg_path, world_file_path)  

    # 3. 机器人初始位置（x=0, y=0, z=0，朝向yaw=0）
    spawn_x = '0.0'
    spawn_y = '0.0'
    spawn_z = '0.0'
    spawn_yaw = '0.0'

    # 4. 包含底盘XACRO的Launch（若有单独的底盘Launch，可包含）
    mbot_launch = IncludeLaunchDescription(
        PythonLaunchDescriptionSource([os.path.join(
            pkg_path, 'launch', 'mbot.launch.py'  # 底盘Launch（可选，无则注释）
        )]),
        launch_arguments={'use_sim_time': 'true', 'world': world_path}.items()  # 启用仿真时间
    )

    # 5. 启动Gazebo（加载世界环境）
    gazebo_launch = IncludeLaunchDescription(
        PythonLaunchDescriptionSource([os.path.join(
            get_package_share_directory('gazebo_ros'), 'launch', 'gazebo.launch.py'
        )])
    )

    # 6. 加载机器人模型到Gazebo（关键节点：spawn_entity）
    spawn_robot = Node(
        package='gazebo_ros',
        executable='spawn_entity.py',
        arguments=[
            '-topic', 'robot_description',  # 从/robot_description话题获取模型
            '-entity', 'mbot',             # 机器人在Gazebo中的名字
            '-x', spawn_x, '-y', spawn_y, '-z', spawn_z, '-Y', spawn_yaw  # 初始位置
        ],
        output='screen'  # 打印日志到终端
    )

    # 7. 启动关节状态发布节点（带GUI，可拖动关节）
    joint_state_pub = Node(
        package='joint_state_publisher_gui',
        executable='joint_state_publisher_gui'
    )

    # 8. 启动机器人状态发布节点（发布TF树，Gazebo需要）
    robot_state_pub = Node(
        package='robot_state_publisher',
        executable='robot_state_publisher',
        arguments=[os.path.join(pkg_path, 'urdf', 'mbot_gazebo.xacro')]  # 传入XACRO文件
    )

    # 返回所有节点（顺序：先启动Gazebo，再加载模型）
    return LaunchDescription([
        joint_state_pub,
        robot_state_pub,
        gazebo_launch,
        spawn_robot,
        # mbot_launch  # 若有底盘Launch，取消注释
    ])

6.3 步骤 3：启动仿真与控制

1. 编译功能包

cd dev_ws  # 进入ROS工作空间
colcon build --packages-select learning_gazebo  # 编译功能包
source install/setup.bash  # 加载环境变量

2. 启动 Gazebo 仿真

ros2 launch learning_gazebo load_urdf_into_gazebo.launch.py

• 预期效果：Gazebo 窗口加载机器人模型（蓝色底盘 + 灰色轮子），无报错。

3. 启动键盘控制（新终端）

Gazebo 的差速控制器订阅/cmd_vel话题，需要用键盘发布速度指令：

# 安装键盘控制包（若未安装）
sudo apt install ros-humble-teleop-twist-keyboard
# 启动键盘控制
ros2 run teleop_twist_keyboard teleop_twist_keyboard 

4. 控制机器人运动

根据终端提示，用键盘按键控制：

• i：前进（线速度 x=0.5m/s）
• ,（逗号）：后退（线速度 x=-0.5m/s）
• j：左转（角速度 z=1rad/s）
• l：右转（角速度 z=-1rad/s）
• k：停止

5. 虚拟机用户注意！（避坑）

若在虚拟机中运行 Gazebo 卡顿或黑屏，需关闭硬件加速：

# 临时关闭（当前终端生效）
export SVGA_VGPU10=0
# 永久关闭（写入.bashrc）
echo "export SVGA_VGPU10=0" >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc

七、下一代仿真器：Ignition Gazebo

Gazebo 的下一代版本叫Ignition，渲染效果更好、仿真更流畅，安装和启动更简单：

7.1 安装 Ignition

sudo apt install ros-humble-ros-ign  # ROS2 Humble对应版本

7.2 启动示例（RGBD 相机仿真）

ros2 launch ros_ign_gazebo_demos rgbd_camera_bridge.launch.py

• 预期效果：弹出 Ignition 窗口（带相机和立方体），同时启动 RViz 显示相机图像。

7.3 官方文档

更多 Ignition 使用方法：https://www.ignitionrobotics.org/

八、附录：完整 XACRO 模型解析（mbot_base_gazebo.xacro）

关键代码逐段注释，帮助小白理解：

<?xml version="1.0"?>
<robot name="mbot" xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro">

    <!-- 1. 常量定义：机器人所有固定参数（改这里全生效） -->
    <xacro:property name="M_PI" value="3.1415926"/> <!-- 圆周率 -->
    <xacro:property name="base_mass"   value="1" />  <!-- 底盘质量1kg -->
    <xacro:property name="base_radius" value="0.20"/> <!-- 底盘半径0.2m -->
    <xacro:property name="base_length" value="0.16"/> <!-- 底盘长度0.16m -->

    <xacro:property name="wheel_mass"   value="0.2" /> <!-- 轮子质量0.2kg -->
    <xacro:property name="wheel_radius" value="0.06"/> <!-- 轮子半径0.06m -->
    <xacro:property name="wheel_length" value="0.025"/> <!-- 轮子宽度0.025m -->
    <xacro:property name="wheel_joint_y" value="0.19"/> <!-- 轮子关节y坐标（距底盘中心） -->
    <xacro:property name="wheel_joint_z" value="0.05"/> <!-- 轮子关节z坐标（距底盘底部） -->

    <xacro:property name="caster_mass"    value="0.2" /> <!-- 万向轮质量0.2kg -->
    <xacro:property name="caster_radius"  value="0.015"/> <!-- 万向轮半径0.015m -->
    <xacro:property name="caster_joint_x" value="0.18"/> <!-- 万向轮关节x坐标（距底盘中心） -->

    <!-- 2. 颜色定义（URDF用） -->
    <material name="yellow"><color rgba="1 0.4 0 1"/></material>
    <material name="black"><color rgba="0 0 0 0.95"/></material>
    <material name="gray"><color rgba="0.75 0.75 0.75 1"/></material>

    <!-- 3. 惯性宏定义（复用） -->
    <!-- 球体惯性宏（万向轮用） -->
    <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>

    <!-- 圆柱体惯性宏（底盘、轮子用） -->
    <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>

    <!-- 4. 轮子宏定义（左轮、右轮复用） -->
    <xacro:macro name="wheel" params="prefix reflect">
        <!-- 轮子关节（continuous：无限旋转） -->
        <joint name="${prefix}_wheel_joint" type="continuous">
            <origin xyz="0 ${reflect*wheel_joint_y} ${-wheel_joint_z}" rpy="0 0 0"/>
            <parent link="base_link"/>
            <child link="${prefix}_wheel_link"/>
            <axis xyz="0 1 0"/> <!-- 绕y轴旋转 -->
        </joint>

        <!-- 轮子连杆 -->
        <link name="${prefix}_wheel_link">
            <visual>
                <origin xyz="0 0 0" rpy="${M_PI/2} 0 0" /> <!-- 旋转90度，圆柱体立起 -->
                <geometry><cylinder radius="${wheel_radius}" length="${wheel_length}"/></geometry>
                <material name="gray" />
            </visual>
            <collision> <!-- 碰撞形状=外观形状 -->
                <origin xyz="0 0 0" rpy="${M_PI/2} 0 0" />
                <geometry><cylinder radius="${wheel_radius}" length="${wheel_length}"/></geometry>
            </collision>
            <xacro:cylinder_inertial_matrix m="${wheel_mass}" r="${wheel_radius}" h="${wheel_length}" />
        </link>

        <!-- Gazebo颜色配置 -->
        <gazebo reference="${prefix}_wheel_link"><material>Gazebo/Gray</material></gazebo>

        <!-- 传动装置（电机→关节） -->
        <transmission name="${prefix}_wheel_joint_trans">
            <type>transmission_interface/SimpleTransmission</type>
            <joint name="${prefix}_wheel_joint" >
                <hardwareInterface>hardware_interface/VelocityJointInterface</hardwareInterface>
            </joint>
            <actuator name="${prefix}_wheel_joint_motor">
                <hardwareInterface>hardware_interface/VelocityJointInterface</hardwareInterface>
                <mechanicalReduction>1</mechanicalReduction>
            </actuator>
        </transmission>
    </xacro:macro>

    <!-- 5. 万向轮宏定义（前轮、后轮复用） -->
    <xacro:macro name="caster" params="prefix reflect">
        <joint name="${prefix}_caster_joint" type="fixed"> <!-- fixed：固定，不旋转 -->
            <origin xyz="${reflect*caster_joint_x} 0 ${-(base_length/2 + caster_radius)}" rpy="0 0 0"/>
            <parent link="base_link"/>
            <child link="${prefix}_caster_link"/>
        </joint>

        <link name="${prefix}_caster_link">
            <visual><geometry><sphere radius="${caster_radius}" /></geometry><material name="black" /></visual>
            <collision><geometry><sphere radius="${caster_radius}" /></geometry></collision>
            <xacro:sphere_inertial_matrix m="${caster_mass}" r="${caster_radius}" />
        </link>

        <gazebo reference="${prefix}_caster_link"><material>Gazebo/Black</material></gazebo>
    </xacro:macro>

    <!-- 6. 底盘宏定义（主宏，包含所有部件） -->
    <xacro:macro name="mbot_base_gazebo">
        <!-- 基础坐标系（base_footprint：机器人与地面的接触点） -->
        <link name="base_footprint">
            <visual><geometry><box size="0.001 0.001 0.001" /></geometry></visual>
        </link>
        <gazebo reference="base_footprint"><turnGravityOff>false</turnGravityOff></gazebo>

        <!-- 连接base_footprint和base_link -->
        <joint name="base_footprint_joint" type="fixed">
            <origin xyz="0 0 ${base_length/2 + caster_radius*2}" rpy="0 0 0" />        
            <parent link="base_footprint"/>
            <child link="base_link" />
        </joint>

        <!-- 底盘连杆 -->
        <link name="base_link">
            <visual>
                <geometry><cylinder length="${base_length}" radius="${base_radius}"/></geometry>
                <material name="yellow" />
            </visual>
            <collision><geometry><cylinder length="${base_length}" radius="${base_radius}"/></geometry></collision>
            <xacro:cylinder_inertial_matrix m="${base_mass}" r="${base_radius}" h="${base_length}" />
        </link>
        <gazebo reference="base_link"><material>Gazebo/Blue</material></gazebo>

        <!-- 调用轮子宏（左轮、右轮） -->
        <xacro:wheel prefix="left"  reflect="1"/>
        <xacro:wheel prefix="right" reflect="-1"/>

        <!-- 调用万向轮宏（前轮、后轮） -->
        <xacro:caster prefix="front" reflect="-1"/>
        <xacro:caster prefix="back"  reflect="1"/>

        <!-- 7. Gazebo差速控制器插件（核心） -->
        <gazebo>
            <plugin name="differential_drive_controller" filename="libgazebo_ros_diff_drive.so">
                <update_rate>30</update_rate>
                <left_joint>left_wheel_joint</left_joint>
                <right_joint>right_wheel_joint</right_joint>
                <wheel_separation>${wheel_joint_y*2}</wheel_separation> <!-- 轮距=2×y坐标 -->
                <wheel_diameter>${2*wheel_radius}</wheel_diameter> <!-- 直径=2×半径 -->
                <max_wheel_torque>20</max_wheel_torque>
                <max_wheel_acceleration>1.0</max_wheel_acceleration>
                <command_topic>cmd_vel</command_topic> <!-- 接收速度指令 -->
                <publish_odom>true</publish_odom> <!-- 发布里程计 -->
                <odometry_topic>odom</odometry_topic>
                <robot_base_frame>base_footprint</robot_base_frame>
            </plugin>
        </gazebo> 
    </xacro:macro>

</robot>

九、复习要点总结（小白必背）

1. Gazebo 核心：物理仿真平台，需添加惯性、碰撞、传动、插件才能用；
2. XACRO 核心语法 ：
   • 常量：xacro:property（定义参数）；
   • 宏：xacro:macro（复用代码，如轮子）；
   • 计算：${表达式}（自动算轮距、直径）；
   • 包含：xacro:include（分模块管理）；
3. Gazebo 模型四步配置 ：
   1. 加惯性（inertial）：防飘；
   2. 加碰撞（collision）：防穿模；
   3. 加 Gazebo 颜色（gazebo标签）：显式正确；
   4. 加传动 + 插件：让机器人动起来；
4. 仿真流程 ：编译→启动 Launch→键盘控制（teleop_twist_keyboard）；
5. 避坑点：离线模型下载、虚拟机关闭硬件加速、XACRO 转 URDF 验证语法。

掌握这些，就能独立用 Gazebo 做移动机器人的仿真开发，后续可扩展导航、SLAM 等算法！

vi .bashrc 这个怎么用gredit打开

首先纠正一个小拼写：你说的 "gredit" 应该是 Linux 下的图形化文本编辑器 gedit （GNOME 桌面默认编辑器），下面分步骤教你用 gedit 打开 .bashrc 文件，小白也能轻松操作：

一、核心命令：用 gedit 打开 .bashrc

.bashrc 是用户主目录下的隐藏文件 （文件名以.开头），直接用 gedit 加文件路径即可打开，步骤如下：

1. 打开终端

• 方法 1：桌面环境下，按 Ctrl + Alt + T 快捷键（通用 Linux 快捷键，比如 Ubuntu、Linux Mint 都适用）；
• 方法 2：从应用菜单找到 "终端"（Terminal）图标，点击打开。

2. 输入 gedit 命令

在终端中直接输入以下命令，按下回车：

gedit ~/.bashrc

• 命令解释：
  • gedit：调用图形化文本编辑器；
  • ~：代表你的用户主目录 （比如你的用户名是 ubuntu，~ 就对应 /home/ubuntu）；
  • /.bashrc：指定要打开的文件（. 开头表示隐藏文件，必须写全，不能漏了.）。

3. 编辑与保存

• 按下回车后，会弹出 gedit 编辑器窗口，里面就是 .bashrc 的内容，直接编辑即可（比如添加 ROS 环境变量、自定义别名等）；
• 编辑完成后，按 Ctrl + S 保存，或点击窗口左上角的 "保存" 按钮；
• 关闭 gedit 窗口即可。

二、关键补充：修改 .bashrc 后生效

修改 .bashrc 后（比如添加了 source /opt/ros/humble/setup.bash），需要让修改立即生效，否则新打开的终端不会加载新配置，执行以下命令：

source ~/.bashrc

三、特殊情况：如果终端不在主目录，怎么办？

如果你的终端当前路径不是主目录（比如在 ~/dev_ws 下），直接输入 gedit .bashrc 会报错 "找不到文件"，这时候有两种解决方法：

1. 方法 1：用绝对路径 （推荐，不管当前路径在哪都能用）：

   gedit ~/.bashrc

2. 方法 2：先回到主目录，再打开 ：

   cd ~  # 回到主目录
   gedit .bashrc  # 再打开文件

四、注意：纯命令行环境无法用 gedit！

如果你的 Linux 是纯命令行界面 （没有图形桌面，比如服务器系统），gedit 无法使用（因为它是图形化工具），这时候才需要用 vi .bashrc 或 vim .bashrc 编辑。但只要你的系统有桌面（比如 Ubuntu 桌面版），用上面的 gedit 方法绝对可行。