三 机器人仿真软件Gazebo介绍

ROS教程

这是小弟的学习笔记，有错求请拍，多指教，谢谢

三 机器人仿真软件Gazebo介绍

Gazebo功能

1.构建机器人运动仿真模型

在Gazebo里，提供了最基础的三个物体，球体，圆柱体，立方体，利用这三个物体以及它们的伸缩变换或者旋转变换，可以设计一个最简单的机器人三维仿真模型。更加地，Gazebo提供了CAD，Blender等各种2D，3D设计软件的接口，可以导入这些图纸让Gazebo的机器人模型更加真实，这些之后会详细介绍。同时，Gazebo提供了机器人的运动仿真，通过Model Editor下的plugin，来添加我们需要验证的算法文件，就可以在Gazebo里对机器人的运动进行仿真

2.构建现实世界各种场景的仿真模型

Gazebo可以建立一个用来测试机器人的仿真场景，通过添加物体库，放入垃圾箱，雪糕桶，甚至是人偶等物体来模仿现实世界，还可以通过Building Editor，添加2D的房屋设计图，在设计图基础上构建出3D的房屋

3.构建传感器仿真模型

Gazebo拥有一个很强大的传感器模型库，包括camera，depth camera，laser，imu等机器人常用的传感器，并且已经有模拟库，已经可以直接使用，也可以自己从0创建一个新的传感器，添加它的具体参数，甚至还可以添加传感器噪声模型，让传感器更加真实

4.为机器人模型添加现实世界的物理性质

Gazebo里有force，physics的选项，可以为机器人添加例如重力，阻力等，Gazebo有一个很接近真实的物理仿真引擎，要记得一般的地面是没有阻力的，和现实世界有区别

Gazebo安装

1.注意

如果是安装了full版本的ROS，是不需要再安装Gazebo的，检查自己是否安装了Gazebo的方法：
1）在搜索栏输入“Gazebo”查找；
2）通过命令行查找$ dpkg -l|grep gazebo，可以查找Gazebo是否已经安装，并且查看版本号，建议安装最新版本

如果安装了旧版本的Gazebo，应该先卸载再安装新版本，现在最新版本是Gazebo8，可以通过Gazebo官网查看最新版本Gazebo8

卸载旧版本Gazebo的方法：
1）通过Ubuntu软件管理中心卸载

2）命令行方法
查找与Gazebo相关的软件包
$ dpkg --get-selections | grep gazebo

在不记得软件具体名称以及它的各个附带软件时，可以通过该命令来查找

卸载命令$ sudo apt-get remove gazebo7
但是要把与之相关的软件，附加项都卸载，比较麻烦，可以通过autoremove一次性卸载所有相关的软件
$ sudo apt-get autoremove gazebo7

2.安装Gazebo的方法

1）通过安装脚本来安装
从官网的教程来看，通过sh脚本来安装是最方便的，脚本是linux系统里一个比较方便的工具，就像ROS里的launch文件一样，sh文件启动后，会自动执行脚本设定好的工作，下边是官网推荐的通过脚本安装的具体步骤：
点击下载安装脚本 install.sh脚本下载地址
通常来说，下载的文件会放在文件目录~/home/下载/ 下，通过命令行
$ cd 下载 进入文件夹目录
运行脚本文件$ sh gazebo8_install.sh 有时需要管理员权限，则加上sudo 即可

2）注意，不建议完全照搬官网的安装步骤，因为下载脚本文件的文件夹有区别

参考网址
Gazebo/tutorials/1

Gazebo界面与操作

1.界面

1）初始界面

2）创建模型界面
将鼠标移至左上角，会看到有Edit选项

点击Model Editor选项

模型界面

节点/关节创建界面

参考网址
Gazebo/tutorials/2

2.操作

鼠标操作方法，这里用了Gazebo官网的图，一般常用的就是“shift+鼠标左键”转换视角，“鼠标左键”平移视角，“滚轮”缩放大小

键盘的快捷键有很多，值得自己去发掘，但要谨记，在创建模型的时候，“ctrl+z”的撤回键是不能用的，所以每次操作完成之后，最好按以下“esc”键退出当前操作至选择物体模式，这样会避免误点

用Gazebo创建第一个机器人模型

1.机器人模型在Gazebo中需要的结构

我们可以在“Model Editor”界面下看到

一个模型的创建，主要包括里四个方面：
“Models”指的是从模型库添加的模型，是已经构建好的物体，具有一定功能和外观的，例如传感器，房屋，车体，车轮等
“Model Plugins”指的是关于目前正在创建的模型的一些功能描述信息
“Links”指当前通过球体/圆柱/立方体创建的物体
“Joints”指各个物体之间的连接关节

2.创建步骤

1）进入“Model Editor”模型编辑界面
2）创建车体
通过基础图形来创建一个简单的二轮差分运动模型

拖拽一个圆柱体到面板中，并双击圆柱体，打开“Link Inspector”编辑物体属性

点击“Visual”和“Collision”，修改Geometry，把半径和厚度改成自己需要的大小，本模型将厚度改成0.1m，保持半径大小不变

“Visual”是该物体的外观
“Collision”是物体的实际性质，在仿真引擎中调用的参数

因为作为车体底盘，所以尽量把第一块模型的x，y，z坐标调整至坐标轴上，方便以后对于其他物体的调整。在“Link”标签中，滑动到最低，会看到有一个“Pose”标签，这个就是调整物体的坐标还有偏转角度的
因为要配合车轮的位置，所以在这个时候应该根据车轮的半径，来确定底盘的z坐标。车轮拟定半径0.2m，所以底盘的z坐标也调整至0.2m，可以方便以后的工作

谨记，所有的长度，坐标，都是根据物体中心或中线来确定的

3）创建支柱
按照上边的步骤添加圆柱，并修改参数。半径为0.02m，厚度为0.4m

复制出4根支柱，暂时放在任意位置

4）创建顶层板
复制第二步创建的车体底盘，暂时放在任意位置

5）连接部件
点击顶部的“Joint”，打开节点编辑器，点击父物体，再点击子物体，即可创建一个节点。
父物体是带动子物体运动的，所以应该以底盘为父级，支柱为子级

6）调整节点属性
“Joint types”：一般常用的有Fixed，Revolute，Ball，分别是固定连接，可以旋转的，球体多方向转动（类似万向轮）。支柱属于固定连接，所以选择Fixed

“Align links”：使用“Align links”选项可以快速调整两个零件的位置关系，三个按钮分别是左贴合，归中，右贴合，“Reverse”是在贴合后更改内外关系的，调整子物体的哪个面与父物体接触，如果想支柱在底盘内，则不要勾选Reverse，勾选了的话支柱会在底盘外

留意黄色框，试一下改变每一个轴的Reverse选项

7）重复操作，按照关节类型为Fixed的方法，连接剩下的零件
注意，要把顶层板和四个支柱都连接在一起，其实Fixed的作用就相当于螺丝，把零件连接在一起，只有这样才能保证仿真的真实性

8）创建车轮
二轮差分模型有两个主动轮加上一到两个万向轮
车轮依然是简单的圆柱体，但这一次要把圆柱体转个90度，90度=1.5707 rad

更改半径，厚度

9）连接车轮和车体
黄色框是值得注意的地方，滚动的车轮要选择可选转的关节类型“Revolute”，并且调节可旋转的轴，物体将绕着有小黄圆圈标记的轴旋转

重复该步骤创建另一边的车轮，留意车轮是否着地。通过目测是十分困难的，最好是写下每个零件的半径，厚度等参数，通过计算得出车轮是否着地

10）创建万向轮
在简易模型里，我们可以直接用球体来代替万向轮， 其实在现实生活中，万向轮大多也是球体
尝试一下计算，看看球体万向轮的半径要多大，才能让球体紧贴地面，并且着地时高度不超过底盘？

答案是 ：底盘的Z坐标/2

一定要注意，“VIsual”和“Collision”都要更改

11）连接万向轮
有时使用“Align links”不能让万向轮着地，这个时候可以再调整它与父物体的相关位置
不建议一开始就使用Pose来调整，调整物体位置时“Align links”会更加直观方便

重复建立一个万向轮模型

3.添加传感器

1）寻找合适的库

http://gazebosim.org/models/是官方的模型库，打开并找到深度摄像头“Depth camera”，拖拽到面板中。最好直接拖拽到红色的轴线上

2）安装传感器
在安装传感器到车体上的时候并不能用Align links快速调整位置的方法，需要自己手动移动，望大神指导如何准确移动。这个时候要很小心，因为容易误点了其他零件导致不必要的移动
把深度摄像头移动到车顶，然后用Fixed类型的节点让车体与摄像头连接

3）配置Plugin
参考了Gazebo官网的教程，我们在Model标签下，找到Plugin的add按钮，打开并填写

“Plugin name”一定是独立的，不能出现重复，这个可以自己定义
“Filename”是链接文件的名称，一般是链接一些动态库，有关动态库的笔记之后学到了再写
因为libFollowerPlugin.so动态库并没有要求输入什么参数，所以“Innerxml”不需要填写

4.保存并退出

将鼠标移动到左上角，点击“FIle”，进行保存和退出操作

5.在World界面进行仿真

在机器人前边放置一个立方体，然后点击下方的开始按键，看到机器人朝着方块运动，证明模型创建成功

参考网址
Gazebo/tutorials/3