Simulink 和 Gazebo联合仿真控制机械臂【Matlab R2022a】

逛 B 站，偶然发现一个 up 主上传的视频，可以实现 Simulink 中搭建机器人的控制器设计，对运行在虚拟机中 Gazebo 中的机械臂进行控制，链接：三关节机械臂Gazebo-Simulink联合仿真，这让我很感兴趣，Matlab 中大量的轮子对控制器、规划器的设计非常有帮助，并且，能够大大提升算法开发和调试的效率，因此，决定要了解一下，毕竟最近做的控制器设计都是在 Matlab 中进行的，要是有 Gazebo 这样强大的物理仿真软件来验证运行效果岂不是如虎添翼！

顺藤摸瓜，发现 Matlab 官方提供了相关 demo ，链接： Control Manipulator Robot with Co-Simulation in Simulink and Gazebo。该 demo 旨在通过 Simulink 和 Gazebo 联合仿真实现对机械臂的控制。具体是指：针对 UR10 机械臂，使用逆运动学实现笛卡尔空间位姿到关节空间关节角的解算，然后应用具有动态补偿前馈项的关节空间 PD 控制器来控制机械臂运动。

然而我们知道控制是实时的，其中包含控制指令的发送，机器人状态的反馈。为了实现上述要求，Matlab 官方为用户提供了以下几个核心模块：

• Gazebo Pacer：仿真时间同步模块；
• Gazebo Read：根据设定的 Topic 和 Message type 从 Gazebo 接收相应的 Message；
• Gazebo Apply Command：向 Gazebo simulation 发送指令；
• gzlink、gzjoint、gzworld：函数作为机器人模型参数查询接口。

Step 1、Set Up Gazebo with Robot Model and Plugin

在此之前，有一个教程是为了测试基本的 Matlab 和 Gazebo 之间的通信：Perform Co-Simulation between Simulink and Gazebo。

这里，我没用官方提供的虚拟机，采用的自己的 Linux 操作系统，为了实现通信，需要在 Linux 中手动配置相关插件，这个按照步骤来就行了。

我将在 Matlab 中生成的 GazeboPlugin.zip 放到了 /usr/src路径下，然后编译。

这里应该注意 Gazebo 的环境变量设置问题，不然每次开 Gazebo 加载 world 都得 export，可以把这个编译好的插件路径写入 bashrc 。

最后可以通过在 Matlab 中接收并观察到 Gazebo 中的传感器信息来验证已经建立了 Matlab 和 Gazebo 之间的通信。

下面 demo 是配置 UR 机械臂仿真环境的教程：Configure Gazebo and Simulink for Co-simulation of a Manipulator Robot。
通信建立起来之后，下一步就是配置 UR10 机械臂的 Gazebo world 文件。按照教程，把 UR 机械臂克隆到自己建立的工作空间之后，用 roslaunch ur_gazebo ur10.launch 打开，然后使用 Gazebo save world as 将当前世界保存为Ur10BasicWithPlugin.world，这里边有个问题，需要将ros_control 这个插件注释掉，不然用 Gazebo 打开这个 world 的时候会报错。

注释之后，就能正常打开了：
接下来，运行 Simulink，配置好 IP 地址，建立通信之后，运行提供的 Simulink 仿真，就能够实现对机械臂的笛卡尔空间位置控制了，至此，环境配置完毕。