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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

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_第1张图片
        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
  1. svn checkout http://ros-by-example.googlecode.com/svn/trunk/rbx_vol_1  
  2. rosmake rbx_vol_1  
  3. 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
  1. svn checkout http://vanadium-ros-pkg.googlecode.com/svn/trunk/arbotix  
  2. 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
  1. roscore  
  2. 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
  1. 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：
  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_第2张图片

       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
  1. 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}}'  
       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_第3张图片
       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
  1. 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。 
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        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
  1. Background\ ColorB=0.12549  
  2. Background\ ColorG=0.12549  
  3. Background\ ColorR=0.12549  
  4. Camera\ Config=158.108 0.814789 0.619682 -1.57034  
  5. Camera\ Type=rviz::FixedOrientationOrthoViewController  
  6. Fixed\ Frame=/odom  
  7. Grid.Alpha=0.5  
  8. Grid.Cell\ Size=0.5  
  9. Grid.ColorB=0.941176  
  10. Grid.ColorG=0.941176  
  11. Grid.ColorR=0.941176  
  12. Grid.Enabled=1  
  13. Grid.Line\ Style=0  
  14. Grid.Line\ Width=0.03  
  15. Grid.Normal\ Cell\ Count=0  
  16. Grid.OffsetX=0  
  17. Grid.OffsetY=0  
  18. Grid.OffsetZ=0  
  19. 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。
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_第4张图片
        
        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：
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_第5张图片

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：
              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_第6张图片
        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
  1. Background\ ColorB=0.12549  
  2. Background\ ColorG=0.12549  
  3. Background\ ColorR=0.12549  
  4. Camera\ Config=158.108 0.814789 0.619682 -1.57034  
  5. Camera\ Type=rviz::FixedOrientationOrthoViewController  
  6. Fixed\ Frame=/odom  
  7. Grid.Alpha=0.5  
  8. Grid.Cell\ Size=0.5  
  9. Grid.ColorB=0.941176  
  10. Grid.ColorG=0.941176  
  11. Grid.ColorR=0.941176  
  12. Grid.Enabled=1  
  13. Grid.Line\ Style=0  
  14. Grid.Line\ Width=0.03  
  15. Grid.Normal\ Cell\ Count=0  
  16. Grid.OffsetX=0  
  17. Grid.OffsetY=0  
  18. Grid.OffsetZ=0  
  19. Grid.Plane=0  

4、节点关系图

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_第7张图片

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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
  1. 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：
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_第8张图片

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：
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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：
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五、效果演示

        在终端中输入显示命令：
[plain]  view plain  copy
  1. 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（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_第9张图片

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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

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  190.     
  191.   
  192.   

2、gazebo属性部分

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  1.   
  2.   
  4.     xmlns:interface="http://playerstage.sourceforge.net/gazebo/xmlschema/#interface"   
  5.     xmlns:sensor="http://playerstage.sourceforge.net/gazebo/xmlschema/#sensor"   
  6.     xmlns:xacro="http://ros.org/wiki/xacro"   
  7.     name="smartcar_gazebo">  
  8.   
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  12.       
  13.         Gazebo/Blue  
  14.       
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  17.         Gazebo/FlatBlack  
  18.       
  19.   
  20.       
  21.         Gazebo/FlatBlack  
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  25.         Gazebo/FlatBlack  
  26.       
  27.   
  28.       
  29.         Gazebo/FlatBlack  
  30.       
  31.   
  32.       
  33.         Gazebo/White  
  34.       
  35.   
  36.   
  37.   
  38.   

3、主文件

[cpp]  view plain  copy
  1. "font-size:14px;">"1.0"?>  
  2.   
  3. "smartcar"    
  4.     xmlns:xi="http://www.w3.org/2001/XInclude"  
  5.     xmlns:gazebo="http://playerstage.sourceforge.net/gazebo/xmlschema/#gz"  
  6.     xmlns:model="http://playerstage.sourceforge.net/gazebo/xmlschema/#model"  
  7.     xmlns:sensor="http://playerstage.sourceforge.net/gazebo/xmlschema/#sensor"  
  8.     xmlns:body="http://playerstage.sourceforge.net/gazebo/xmlschema/#body"  
  9.     xmlns:geom="http://playerstage.sourceforge.net/gazebo/xmlschema/#geom"  
  10.     xmlns:joint="http://playerstage.sourceforge.net/gazebo/xmlschema/#joint"  
  11.     xmlns:controller="http://playerstage.sourceforge.net/gazebo/xmlschema/#controller"  
  12.     xmlns:interface="http://playerstage.sourceforge.net/gazebo/xmlschema/#interface"  
  13.     xmlns:rendering="http://playerstage.sourceforge.net/gazebo/xmlschema/#rendering"  
  14.     xmlns:renderable="http://playerstage.sourceforge.net/gazebo/xmlschema/#renderable"  
  15.     xmlns:physics="http://playerstage.sourceforge.net/gazebo/xmlschema/#physics"  
  16.     xmlns:xacro="http://ros.org/wiki/xacro">  
  17.   
  18.   "$(find smartcar_description)/urdf/smartcar_body.urdf.xacro" />  
  19.   
  20.     
  21.     
  22.   
  23.     
  24.   
  25.   



二、lanuch文件

        在launch文件中要启动节点和模拟器。
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  23.        
  24.       
  25.       
  26.   
  27.       
  28.   

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
  1. roslaunch smartcar_description smartcar_display.rviz.launch  

         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_第10张图片
         发布一条动作的消息。
[plain]  view plain  copy
  1. 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}}'  

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_第11张图片

四、节点关系

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_第12张图片

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