ROS——Gazebo仿真——四轮小车（SmartCar）详细教程

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1. 教程描述

  本教程参考古月前辈的SmartCar教程，教程写的非常全面，对自己的ROS学习有很大的帮助，在此先谢过。在学习的过程中发现他的教程比较精简，而且使用的ROS版本比较旧，因此在看着教程复现的过程中会出现一些麻烦，因此便想着在他教程的基础上丰富下内容，增加一些个人的见解，同时将学习过程中遇到的问题、问题的解决方法一并写出来，供其他新学者参考，若有问题之处还望大家指出，以便可以即使纠正。

  主要实现内容为在ROS环境下基于Gazebo仿真软件创建一个四轮小车，并实现小车的控制，如下图所示，接下来教程将会进行详细解释。

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2. 准备工作

2.1 创建工作空间

创建ROS工作空间，命名为SmartCar，并在该工作空间中创建src文件夹。

mkdir -p /SmartCar/src

初始化工作空间

cd /SmartCar
catkin_init_workspace

2.2 创建ROS硬件描述包

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cd /src
roscreate-pkg smartcar_description urdf

3. 小车模型示意图

  小车的车体主要由以下两部分构成：25cm x 16cm x 5cm的长方体作为小车的车体，直径5cm、高2cm的圆柱作为小车的轮子，四个轮子尺寸一样，只是安装位置不同。

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4. 创建urdf描述文件

在smartcar_description文件夹下创建urdf文件夹，并创建智能车的描述文件smartcar.urdf，写入下述代码：

<?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 .5 .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>

  .urdf文件主要有两部分构成：和，两者的关系如下图所示。

  其中...主要描述模型硬件结构的属性信息，里面对轮子的形状、颜色、质量、惯性等信息进行了语言描述；...可以理解为两个...之间的连接间，如图中蓝色框所示，主要描述两个…之间的位置等固定连接信息。
  文中的结构可以简化为下面的格式，定义一个robot标签，在标签中定义base_link和right_front_wheel两个标签，两个标签的后面跟着描述base_link和right_front_wheel关系的joint

<?xml version="1.0"?> 
<robot name="smartcar">
    <link name="base_link">
	...
	</link>
	
	<link name="right_front_wheel">  
	...
	</link>
	
	<joint name="left_front_wheel_joint" type="continuous">  
	...
	</joint>
</robot>

在link中定义了小车的外观，以base_link为例。

<link name="base_link">
        <visual>   <!--视觉信息-->
            <geometry>	<!--几何形状信息-->
                <box size="0.25 .16 .05"/>	<!--形状为矩形盒子（还有其他可选形状，如圆、圆柱等），大小为"0.25 0.16 0.05"-->
            </geometry>

            <origin rpy="0 0 1.57075" xyz="0 0 0"/> <!--rpy代表欧拉角，绕着z轴转动90度；xyz代表在xyz三轴上的位移-->

            <material name="blue">	<!--材料信息-->
                <color rgba="0 .5 .8 1"/>	<!--定义颜色信息-->
            </material>
        </visual>
    </link>

在每个信息标签中除了上述的类型外还有其他的信息可以增加，需要的请自行查阅。

在joint中定义两个link的连接信息，以right_front_wheel_joint为例。

<joint name="right_front_wheel_joint" type="continuous">  
        <axis xyz="0 0 1"/>  
        <parent link="base_link"/>  
        <child link="right_front_wheel"/>  <!--将子link（right_front_wheel）连接到父link（base_link）上-->
        <origin rpy="0 1.57075 0" xyz="0.08 0.1 -0.03"/>  <!--连接位置-->
        <limit effort="100" velocity="100"/>  
        <joint_properties damping="0.0" friction="0.0"/>  
</joint>  

对上述信息不太清楚的朋友可以再查阅相关资料，或者自己动手修改参数试试便知。

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5. 创建launch文件

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

<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>

在旧版本ROS中使用该语句启动rviz

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

在旧版本ROS中使用该语句启动rviz

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

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6. rviz模型展示

在工作空间/SmartCar路径下，先source下工作空间的路径

source devel/setup.bash

然后运行.launch文件

roslaunch servo_description base.urdf.rviz.launch

这时候你会发现rviz会自动打开，rviz的配置如下：

6.1 添加Displays

自动打开的rviz如下图所示，需要我们自己添加现实的内容，从而显示出小车

点击左下角的Add添加显示内容到Display

选择RobotModel，并点击确认添加到Display

6.2 修改参数

添加过RobotModel后rviz显示如下图，这时候还不可以正常显示小车，可以点击Display中“RobotModel”选项，并点击“Status:Error”查看详细错误提示，提示为“No transform from [base_link] to [map].”类型，这是需要修改Fixed Frame选项。

修改Fixed Frame为base_link即可正常显示，如下图。

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7. 可能遇到的问题

7.1 No transform from [base_link] to [map].

• 没有修改Fixed Frame,详情请看6.2章节。
• .urdf文件有误，可以使用下述语句查看

check_urdf smartcar.urdf

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参考文献:

古月老师博客