ROS学习系列：第三讲 — URDF进阶
建模一块没有特别需要注意的地方：主要是理解URDF到xacro再到gazebo模型的演变过程；
常规URDF文件用户体验较差，采用xacro模型文件替换；
URDF模型文件的进阶xacro模型文件
- 精简模型代码
- 创建宏定义
- 文件包含
- 提供可编程接口
- 常量
- 变量
- 数学计算（所有数学运算都会转换成浮点数进行，以保证运算经度）
- 条件语句
模型显示
- 将xacro文件转换成URDF文件显示
$ rosrun xacro xacro.py mbot.xacro > mbot.urdf
- 直接调用xacro文件解析器
URDF优化为XACRO
URDF例程
带摄像头的小车
<robot name="mbot">
<link name="base_link">
<visual>
<origin xyz=" 0 0 0" rpy="0 0 0" />
<geometry>
<cylinder length="0.16" radius="0.20"/>
geometry>
<material name="yellow">
<color rgba="1 0.4 0 1"/>
material>
visual>
link>
<joint name="left_wheel_joint" type="continuous">
<origin xyz="0 0.19 -0.05" rpy="0 0 0"/>
<parent link="base_link"/>
<child link="left_wheel_link"/>
<axis xyz="0 1 0"/>
joint>
<link name="left_wheel_link">
<visual>
<origin xyz="0 0 0" rpy="1.5707 0 0" />
<geometry>
可以分为几个小的xacro文件，并且其中一种变量也可以替换；
xacro例程
可以分解为小车和摄像头两个部分
<robot name="arm" xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro">
<xacro:include filename="$(find mbot_description)/urdf/xacro/mbot_base.xacro" />
<xacro:include filename="$(find mbot_description)/urdf/xacro/sensors/camera.xacro" />
<xacro:property name="camera_offset_x" value="0.17" />
<xacro:property name="camera_offset_y" value="0" />
<xacro:property name="camera_offset_z" value="0.10" />
<mbot_base/>
<joint name="camera_joint" type="fixed">
<origin xyz="${camera_offset_x} ${camera_offset_y} ${camera_offset_z}" rpy="0 0 0" />
<parent link="base_link"/>
<child link="camera_link"/>
joint>
<xacro:usb_camera prefix="camera"/>
robot>
摄像头的xacro文件
<robot xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro" name="camera">
<xacro:macro name="usb_camera" params="prefix:=camera">
<link name="${prefix}_link">
<visual>
<origin xyz=" 0 0 0 " rpy="0 0 0" />
<geometry>
<box size="0.01 0.04 0.04" />
geometry>
<material name="black"/>
visual>
link>
xacro:macro>
robot>
小车主体xacro文件
<robot name="mbot" xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro">
<xacro:property name="M_PI" value="3.1415926"/>
<xacro:property name="base_radius" value="0.20"/>
<xacro:property name="base_length" value="0.16"/>
<xacro:property name="wheel_radius" value="0.06"/>
<xacro:property name="wheel_length" value="0.025"/>
<xacro:property name="wheel_joint_y" value="0.19"/>
<xacro:property name="wheel_joint_z" value="0.05"/>
<xacro:property name="caster_radius" value="0.015"/>
<xacro:property name="caster_joint_x" value="0.18"/>
<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>
<xacro:macro name="wheel" params="prefix reflect">
<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"/>
joint>
<link name="${prefix}_wheel_link">
<visual>
<origin xyz="0 0 0" rpy="${M_PI/2} 0 0" />
<geometry>
以某一个轮子的模型为例，查看其由URDF模型到xacro模型再到gazebo模型的演化过程
URDF模型
<joint name="left_wheel_joint" type="continuous">
<origin xyz="0 0.19 -0.05" rpy="0 0 0"/>
<parent link="base_link"/>
<child link="left_wheel_link"/>
<axis xyz="0 1 0"/>
joint>
<link name="left_wheel_link">
<visual>
<origin xyz="0 0 0" rpy="1.5707 0 0" />
<geometry>
xacro模型
其中把轮子模型改写为可复用的形式，其中一些数值采用变量的形式，方便复用和调用。
<xacro:macro name="wheel" params="prefix reflect">
<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"/>
joint>
<link name="${prefix}_wheel_link">
<visual>
<origin xyz="0 0 0" rpy="${M_PI/2} 0 0" />
<geometry>
gazebo模型
增加更加详细的属性参数、gazebo标签，以及传动参数，最后添加gazebo控制器插件。
<xacro:macro name="wheel" params="prefix reflect">
<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"/>
joint>
<link name="${prefix}_wheel_link">
<visual>
<origin xyz="0 0 0" rpy="${M_PI/2} 0 0" />
<geometry>
Gazebo物理仿真环境搭建
相比较xacro模型文件需要补充：
- 为
link添加惯性参数和碰撞属性 - 为
link添加gazebo标签 - 为
joint添加传动装置 - 添加
gazebo控制器插件
gazebo控制器插件
- ：机器人的命名空间
- 和：左右轮转动的关节joint
- 和：机器人模型的相关尺寸，计算差速参数时需用到
- ：控制器订阅的速度控制指令，生成全局命名时需要结合中设置的命名空间。
- ：里程计数据的参考坐标系，ROS中一般都命名为odom。
到目前为止，加载模型的方式两种：一种到rviz中加载模型，一种是在gazebo中加载模型；
在gazebo中加载模型的方法：直接添加环境模型，使用Building Editor；
gazebo传感器仿真
- 标签：描述传感器
- type：传感器类型，camera、depth、ray等
- name：传感器命名，自由设置
- 传感器类型标签：描述传感器参数
- 分辨率，编码格式，图像范围，噪声参数等
- 标签：加载传感器仿真插件
- 摄像头仿真插件
libgazebo_ros_camera.so；RGB-D kinect摄像头libgazebo_ros_openni_kinect.so；激光雷达libgazebo_ros_laser.so； - 设置插件的命名空间、发布图像的话题、参考坐标系等。
- 摄像头仿真插件
遇到的问题
问题一： gazebo–SpawnModel: Failure - model name mrobot already exists.解决办法
原因：用gazebo打开机器人模型后，保存了world，此时的新world比原world多了机器人模型mrobot，所以重新运行launch时提示名字为mrobot的模型已经存在与world中
解决办法：将gazebo_ros功能包中的empty_world.launch复制到自己的功能包中，并把world_name的参数值改成保存后的world地址，运行empty_world.launch，将里面的机器人模型删除再重新保存即可。
问题二：Gazebo页面卡住黑屏，在终端出现Gazebo [Err] [REST.cc:205] Error in REST request
$ sudo gedit ~/.ignition/fuel/config.yaml
......
# url : https://api.ignitionfuel.org 用 # 注释掉
url: https://api.ignitionrobotics.org
问题三：打开gazebo闪退，报错：VMware: vmw_ioctl_command error Invalid argument.
关闭虚拟机硬件加速
echo " export SVGA_VGPU10=0" >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc
问题四：下载gazebo模型
cd ~/.gazebo/
ls
mkdir -p models
ls
cd ~/.gazebo/models/
wget http://file.ncnynl.com/ros/gazebo_models.txt
ls
wget -i gazebo_models.txt
ls model.tar.g* | xargs -n1 tar xzvf