10.机器人系统仿真（urdf集成gazebo、rviz）

目录

1 机器人系统仿真的必要性与本篇学习目的

1.1 机器人系统仿真的必要性

1.2 一些概念

URDF是 Unified Robot Description Format 的首字母缩写，直译为统一(标准化)机器人描述格式，可以以一种 XML 的方式描述机器人的部分结构，比如底盘、摄像头、激光雷达、机械臂以及不同关节的自由度.....,该文件可以被 C++ 内置的解释器转换成可视化的机器人模型，是 ROS 中实现机器人仿真的重要组件

RViz 是 ROS Visualization Tool 的首字母缩写，直译为ROS的三维可视化工具。它的主要目的是以三维方式显示ROS消息，可以将 数据进行可视化表达。例如:可以显示机器人模型，可以无需编程就能表达激光测距仪（LRF）传感器中的传感 器到障碍物的距离，RealSense、Kinect或Xtion等三维距离传感器的点云数据（PCD， Point Cloud Data），从相机获取的图像值等

2 URDF 集成 RVIZ 基本流程

2.1 urdf语法

2.1.1 robot标签

2.1.2 link标签

1.属性

2.子标签

3.一个案例

2.1.3 joint标签

1.属性

2.子标签

3.案例实现

2.1.4 设置base_footprint优化urdf

2.1.5 可能问题

2.2 案例：设计机器人

2.2.1 需求

2.2.2 添加base_footprint

2.2.3 添加底盘

2.2.4 驱动轮添加

2.2.5 万向轮添加

2.2.6 urdf工具

3 Urdf优化--Xacro

3.1 应用场景

3.2 利用xacro实现2.2案例实现（快速通关）

3.3 XACRO语法详解

3.3.1 xmlns

3.3.2 属性与算数运算

3.3.3 宏

3.3.4 文件包含

3.4 用xacro完成2.2节的机器人的设计

3.4.1 添加xacro的链接

3.4.2 base_footprint的实现

3.4.3 底盘的实现

3.4.4 驱动轮的实现

3.4.5 万向轮的实现

3.5 案例

3.5.1 总体的xacro文件

3.5.2 总体的launch文件

3.5.3 相机实现

3.5.4 雷达实现

4 在RVIZ中控制机器人运动

5 Urdf集成gazebo

5.1  URDF 与 Gazebo 集成流程

5.2 计算方法（惯性矩阵等）

1.collision

2.inertial

3.颜色设置

5.3 实际操作：将机器人模型显示在gazebo里面

5.3.1 实现流程

5.3.2  编写封装惯性矩阵算法的 xacro 文件

5.3.3 封装总的xacro（小车+雷达+相机+惯性）

5.3.4 launch文件

5.3.5 底盘修改

5.3.6 传感器修改

6 Gazebo仿真环境搭建

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1 机器人系统仿真的必要性与本篇学习目的

1.1 机器人系统仿真的必要性

        对于ROS新手而言，可能会有疑问：学习机器人操作系统，实体机器人是必须的吗？答案是否定的，机器人一般价格不菲，为了降低机器人学习、调试成本，在ROS中提供了系统的机器人仿真实现，通过仿真，可以实现大部分需求，本章主要就是围绕“仿真”展开的，比如，本章会介绍：

• 如何创建并显示机器人模型；
• 如何搭建仿真环境；
• 如何实现机器人模型与仿真环境的交互。

本章预期的学习目标如下:

• 能够独立使用URDF创建机器人模型，并在Rviz和Gazebo中分别显示；
• 能够使用Gazebo搭建仿真环境；
• 能够使用机器人模型中的传感器(雷达、摄像头、编码器...)获取仿真环境数据。

1.2 一些概念

URDF是 Unified Robot Description Format 的首字母缩写，直译为统一(标准化)机器人描述格式，可以以一种 XML 的方式描述机器人的部分结构，比如底盘、摄像头、激光雷达、机械臂以及不同关节的自由度.....,该文件可以被 C++ 内置的解释器转换成可视化的机器人模型，是 ROS 中实现机器人仿真的重要组件

RViz 是 ROS Visualization Tool 的首字母缩写，直译为ROS的三维可视化工具。它的主要目的是以三维方式显示ROS消息，可以将 数据进行可视化表达。例如:可以显示机器人模型，可以无需编程就能表达激光测距仪（LRF）传感器中的传感 器到障碍物的距离，RealSense、Kinect或Xtion等三维距离传感器的点云数据（PCD， Point Cloud Data），从相机获取的图像值等

以“ros- [ROS_DISTRO] -desktop-full”命令安装ROS时，RViz会默认被安装。

运行使用命令rviz或rosrun rviz rviz

如果rviz没有安装，请调用如下命令自行安装:

sudo apt install ros-[ROS_DISTRO]-rviz

Gazebo是一款3D动态模拟器，用于显示机器人模型并创建仿真环境,能够在复杂的室内和室外环境中准确有效地模拟机器人。与游戏引擎提供高保真度的视觉模拟类似，Gazebo提供高保真度的物理模拟，其提供一整套传感器模型，以及对用户和程序非常友好的交互方式。

以“ros- [ROS_DISTRO] -desktop-full”命令安装ROS时，gzebo会默认被安装。

2 URDF 集成 RVIZ 基本流程

        URDF 不能单独使用，需要结合 Rviz 或 Gazebo，URDF 只是一个文件，需要在 Rviz 或 Gazebo 中渲染成图形化的机器人模型，当前，首先演示URDF与Rviz的集成使用，因为URDF与Rviz的集成较之于URDF与Gazebo的集成更为简单，后期，基于Rviz的集成实现，我们再进一步介绍URDF语法。

        我们需要建立一个盒型机器人并在RVIZ中显示：

实现流程：

1. 准备:新建功能包，导入依赖

2. 核心:编写 urdf 文件

3. 核心:在 launch 文件集成 URDF 与 Rviz

4. 在 Rviz 中显示机器人模型

        第一步：新建功能包 依赖于urdf与xacro

cmake_minimum_required(VERSION 2.8.3)
project(test)

######################
### Cmake flags
######################
set(CMAKE_BUILD_TYPE "Release")
set(CMAKE_CXX_FLAGS "-std=c++11")
set(CMAKE_CXX_FLAGS_RELEASE "-O3 -Wall -g -pthread")

find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS
    roscpp
    rospy
    roslib
    # msg
    urdf
    xacro
)

catkin_package()

include_directories(${catkin_INCLUDE_DIRS})

        第二步：编写urdf文件（测试）

        第三步：在 launch 文件中集成 URDF 与 Rviz

        我的目录结构如下：

        我们启动launch文件：

liuhongwei@liuhongwei-Legion-Y9000P-IRX8H:~/Desktop/final/catkin_studyrobot$ source devel/setup.bash 
liuhongwei@liuhongwei-Legion-Y9000P-IRX8H:~/Desktop/final/catkin_studyrobot$ roslaunch test demo01_test.launch 

        发现Rviz啥也没有....，需要配置一下：

        在Rviz中添加机器人模型：

        改正参考坐标系：base_link

        机器人完全被导入了。

        那么我们每次都要这么设置太麻烦了，我们在Rviz中保存设置：

        我们修改launch文件，让读取的时候载入我们的设置。

        再次打开就是直接这个界面啦～

2.1 urdf语法

        URDF 文件是一个标准的 XML 文件，在 ROS 中预定义了一系列的标签用于描述机器人模型，机器人模型可能较为复杂，但是 ROS 的 URDF 中机器人的组成却是较为简单，可以主要简化为两部分:连杆(link标签) 与 关节(joint标签)，接下来我们就通过案例了解一下 URDF 中的不同标签:

• robot 根标签，类似于 launch文件中的launch标签
• link 连杆标签
• joint 关节标签
• gazebo 集成gazebo需要使用的标签

关于gazebo标签，后期在使用 gazebo 仿真时，才需要使用到，用于配置仿真环境所需参数，比如: 机器人材料属性、gazebo插件等，但是该标签不是机器人模型必须的，只有在仿真时才需设置

2.1.1 robot标签

        urdf 中为了保证 xml 语法的完整性，使用了robot标签作为根标签，所有的 link 和 joint 以及其他标签都必须包含在 robot 标签内,在该标签内可以通过 name 属性设置机器人模型的名称

1.属性

name: 指定机器人模型的名称

2.子标签

其他标签都是子级标签

2.1.2 link标签

        urdf 中的 link 标签用于描述机器人某个部件(也即刚体部分)的外观和物理属性，比如: 机器人底座、轮子、激光雷达、摄像头...每一个部件都对应一个 link, 在 link 标签内，可以设计该部件的形状、尺寸、颜色、惯性矩阵、碰撞参数等一系列属性。

1.属性

• name ---> 为连杆命名

2.子标签

• visual ---> 描述外观(对应的数据是可视的)

  • geometry 设置连杆的形状

    • 标签1: box(盒状)

      • 属性:size=长(x) 宽(y) 高(z)

    • 标签2: cylinder(圆柱)

      • 属性:radius=半径 length=高度

    • 标签3: sphere(球体)

      • 属性:radius=半径

    • 标签4: mesh(为连杆添加皮肤)

      • 属性: filename=资源路径(格式:package:////文件)

  • origin 设置偏移量与倾斜弧度

    • 属性1: xyz=x偏移 y便宜 z偏移

    • 属性2: rpy=x翻滚 y俯仰 z偏航 (单位是弧度)

  • metrial 设置材料属性(颜色)

    • 属性: name

    • 标签: color

      • 属性: rgba=红绿蓝权重值与透明度 (每个权重值以及透明度取值[0,1])

• collision ---> 连杆的碰撞属性

• Inertial ---> 连杆的惯性矩阵

在此，只演示visual使用。

3.一个案例

        分别生成长方体、圆柱与球体的机器人部件

        先生成立方体，用我们之前的rviz配置：
 

        launch文件还是和前面一样。

        生成圆柱：

        mesh标签可以将外部的模型导入：

        其中，package是功能包的名字。后面是相对于ros工作目录的相对路径，我们执行一下。

        成功导入了。

        这个机器人是歪的，如何摆正呢？我们先拿立方体举例子：

• origin 设置偏移量与倾斜弧度

  • 属性1: xyz=x偏移 y便宜 z偏移

  • 属性2: rpy=x翻滚 y俯仰 z偏航 (单位是弧度)

        RPY呢，感受一下：先改变R。沿着X轴翻转。

        P呢？

        沿Y轴进行了运动。Yaw当然是Z轴的旋转啦。

        了解这些后，我们看看我们的小车。怎么将它摆正呢？

        沿着x轴旋转90度是不是就可以了。

    
        
            
                 -->

                
                
            

            

        
    

        那我还想让他摆向X轴正方向呢？沿Z轴转改变偏航角就ok啦！

        我想换个颜色呢？？

• metrial 设置材料属性(颜色)

  • 属性: name

  • 标签: color

    
        
            
                 -->

                
                
            

            
            
                
            
        
    

        变成蓝色～

2.1.3 joint标签

        urdf 中的 joint 标签用于描述机器人关节的运动学和动力学属性，还可以指定关节运动的安全极限，机器人的两个部件(分别称之为 parent link 与 child link)以"关节"的形式相连接，不同的关节有不同的运动形式: 旋转、滑动、固定、旋转速度、旋转角度限制....,

        比如:安装在底座上的轮子可以360度旋转，而摄像头则可能是完全固定在底座上。

joint标签对应的数据在模型中是不可见的。

        父级和子级和物理实现的运动关系有关。

1.属性

• name ---> 为关节命名

• type ---> 关节运动形式

  • continuous: 旋转关节，可以绕单轴无限旋转

  • revolute: 旋转关节，类似于 continues,但是有旋转角度限制

  • prismatic: 滑动关节，沿某一轴线移动的关节，有位置极限

  • planer: 平面关节，允许在平面正交方向上平移或旋转

  • floating: 浮动关节，允许进行平移、旋转运动

  • fixed: 固定关节，不允许运动的特殊关节

2.子标签

• parent(必需的)

  parent link的名字是一个强制的属性：

  • link:父级连杆的名字，是这个link在机器人结构树中的名字。

• child(必需的)

  child link的名字是一个强制的属性：

  • link:子级连杆的名字，是这个link在机器人结构树中的名字。

• origin

  • 属性: xyz=各轴线上的偏移量 rpy=各轴线上的偏移弧度。（joint添加到parent的哪个位置）

• axis

  • 属性: xyz用于设置围绕哪个关节轴运动。

3.案例实现

        创建机器人模型，底盘为长方体，在长方体的前面添加一摄像头，摄像头可以沿着 Z 轴 360 度旋转。

        我们设置摄像头还有小车底盘信息：

        再设置关节信息，我们假设摄像头可以360度旋转，类型是continuous。

        我们设置子节点、父节点：

        现在计算一下偏移，我们画个图：

        因为摄像头只能绕Z轴转，axis要设置为1。

        写launch文件：

        运行：发现有问题，摄像头应该是在我的车子上，怎么这样了？颜色也不对。

        存在问题：摄像头显示位置不对，没有cam到base_link的TF

        原因是rviz显示urdf的时候必须发布不同不同部件间的坐标系关系

        解决：ROS提供了关于机器人模型显示的坐标发表相关节点。        

        完整的launch文件：

        发现嵌入了。。。。

        这是因为关节Z轴的偏移量是0.05，那么关节点刚好在上面平面上。因为关节点和相机的中心点是重合的。需要让中心点上移半个cam的高度。0.05 + 1/2 0.05/2 = 0.075

        显示正常啦！

        旋转一下哈哈。

2.1.4 设置base_footprint优化urdf

        前面实现的机器人模型是半沉到地下的，因为默认情况下: 底盘的中心点位于地图原点上，所以会导致这种情况产生，可以使用的优化策略，将初始 link 设置为一个尺寸极小的 link(比如半径为 0.001m 的球体，或边长为 0.001m 的立方体)，然后再在初始 link 上添加底盘等刚体，这样实现，虽然仍然存在初始link半沉的现象，但是基本可以忽略了。这个初始 link 一般称之为 base_footprint。

        先设置一个极小的base_footprint

        关联base_link与base_footprint：base_link到base_footprintZ轴增加了0.05米

        启动launch看看效果。

2.1.5 可能问题

        问题：UnicodeEncodeError: 'ascii' codec can't encode characters in position 463-464: ordinal not in range(128)
[joint_state_publisher-3] process has died [pid 4443, exit code 1, cmd /opt/ros/melodic/lib/joint_state_publisher/joint_state_publisher __name:=joint_state_publisher __log:=/home/rosmelodic/.ros/log/b38967c0-0acb-11eb-aee3-0800278ee10c/joint_state_publisher-3.log].
log file: /home/rosmelodic/.ros/log/b38967c0-0acb-11eb-aee3-0800278ee10c/joint_state_publisher-3*.log

        解决：去除urdf中文注释

        问题：[ERROR] [1584370263.037038]: Could not find the GUI, install the 'joint_state_publisher_gui' package

        解决：sudo apt install ros-melodic-joint-state-publisher-gui

2.2 案例：设计机器人

2.2.1 需求

        创建一个四轮圆柱状机器人模型，机器人参数如下，底盘为圆柱状，半径 10cm，高 8cm，四轮由两个驱动轮和两个万向支撑轮组成，两个驱动轮半径为 3.25cm,轮胎宽度1.5cm，两个万向轮为球状，半径 0.75cm，底盘离地间距为 1.5cm(与万向轮直径一致)。

实现流程:

创建机器人模型可以分步骤实现

1. 新建 urdf 文件，并与 launch 文件集成

2. 搭建底盘

3. 在底盘上添加两个驱动轮

4. 在底盘上添加两个万向轮

2.2.2 添加base_footprint

2.2.3 添加底盘

        参数
            形状:圆柱
            半径:10     cm
            高度:8      cm
            离地:1.5    cm

        我们先不设置偏移量：

        添加baselink到basefootprint的关节：

        原来parent link到child link只需要变化一个1/2的底盘高，也就是0.04米。但是又要离地1.5cm，即0.015m，那就是0.055米。

        我们现在启动节点：

        满足需求。

2.2.4 驱动轮添加

        驱动轮是侧翻的圆柱
        参数
            半径: 3.25 cm
            长度: 1.5  cm
            颜色: 黑色
        关节设置:
            x = 0
            y = 底盘的半径 + 轮胎宽度 / 2
            z = 离地间距 + 底盘长度 / 2 - 轮胎半径 = 1.5 + 4 - 3.25 = 2.25(cm)
            axis = 0 1 0

        我们需要设置欧拉角，让他是侧躺的。

        需要沿着x（红色轴）翻转90度。

        因此base_link到left_wheel的偏移是-0.0225米。

        我们看看TF：

2.2.5 万向轮添加

            形状: 球体
            半径: 0.75 cm
            颜色: 黑色

        x有偏移，万向轮一般都小于车体的半径。车体的半径是10cm（0.10m），我们设置为0.08m，y上面没有偏移。

        对于Z。关节在万象轮的中点。我们需要计算万向轮相对于车体中间节点的距离。车体距离地面是0.055米。万向轮中点距离地面是万向轮的半径0.0075。那么这个落差就是0.055-0.0075=0.0475。.

        完整代码如下：

        我们运行一下：

        demo结束啦！

2.2.6 urdf工具

        在 ROS 中，提供了一些工具来方便 URDF 文件的编写，比如:

• check_urdf命令可以检查复杂的 urdf 文件是否存在语法问题

• urdf_to_graphiz命令可以查看 urdf 模型结构，显示不同 link 的层级关系

当然，要使用工具之前，首先需要安装，安装命令:sudo apt install liburdfdom-tools

        check_urdf 语法检查：

liuhongwei@liuhongwei-Legion-Y9000P-IRX8H:~/Desktop/final/catkin_studyrobot/src/urdf/urdf$ check_urdf demo05.urdf 
robot name is: mycar
---------- Successfully Parsed XML ---------------
root Link: base_footprint has 1 child(ren)
    child(1):  base_link
        child(1):  back_wheel
        child(2):  left_wheel
        child(3):  right_wheel
        child(4):  front_wheel

        没问题会显示如下内容。

        错误的话给给出报错信息的。

        会显示机器人的。

3 Urdf优化--Xacro

3.1 应用场景

        前面 URDF 文件构建机器人模型的过程中，存在若干问题。

        问题1:在设计关节的位置时，需要按照一定的公式计算，公式是固定的，但是在 URDF 中依赖于人工计算，存在不便，容易计算失误，且当某些参数发生改变时，还需要重新计算。

        问题2:URDF 中的部分内容是高度重复的，驱动轮与支撑轮的设计实现，不同轮子只是部分参数不同，形状、颜色、翻转量都是一致的，在实际应用中，构建复杂的机器人模型时，更是易于出现高度重复的设计，按照一般的编程涉及到重复代码应该考虑封装。......

        如果在编程语言中，可以通过变量结合函数直接解决上述问题，在 ROS 中，已经给出了类似编程的优化方案，称之为:Xacro

        Xacro 是 XML Macros 的缩写，Xacro 是一种 XML 宏语言，是可编程的 XML。

        Xacro 可以声明变量，可以通过数学运算求解，使用流程控制控制执行顺序，还可以通过类似函数的实现，封装固定的逻辑，将逻辑中需要的可变的数据以参数的方式暴露出去，从而提高代码复用率以及程序的安全性。

        较之于纯粹的 URDF 实现，可以编写更安全、精简、易读性更强的机器人模型文件，且可以提高编写效率。

3.2 利用xacro实现2.2案例实现（快速通关）

        我们先来看一个写好的：

        很像函数哈哈。

        如何将xacro转换成urdf呢？

rosrun xacro xacro demo01.urdf.xacro

        成功！

        rosrun xacro xacro demo01.urdf.xacro > 文件名称可以将urdf写入一个文件中。

3.3 XACRO语法详解

        xacro 提供了可编程接口，类似于计算机语言，包括变量声明调用、函数声明与调用等语法实现。在使用 xacro 生成 urdf 时，根标签robot中必须包含命名空间声明:xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro"

3.3.1 xmlns

        必须要这样的，robot name是机器人的名称。

3.3.2 属性与算数运算

        用于封装 URDF 中的一些字段，比如: PAI 值，小车的尺寸，轮子半径 ....

        定义两个变量。

        属性调用：我们来看看这个结果，证明xacro是可以编程的。

        算术运算呢？

        OK!

3.3.3 宏

        类似于函数实现，提高代码复用率，优化代码结构，提高安全性。

        定义如下：

        调用如下：

3.3.4 文件包含

        机器人由多部件组成，不同部件可能封装为单独的 xacro 文件，最后再将不同的文件集成，组合为完整机器人，可以使用文件包含实现。

      
      
      
      ....

3.4 用xacro完成2.2节的机器人的设计

3.4.1 添加xacro的链接

3.4.2 base_footprint的实现

        半径可以封装为xacro属性。

        我们执行这个文件看看对不对。

        没毛病。

3.4.3 底盘的实现

        观察urdf文件，需要封装车体高度、离地偏移量、小车的半径高度。

        执行！

        没毛病！

        我们查看一下这个模型呢？在launch文件中集成xacro。

        执行launch文件。

        没毛病。

3.4.4 驱动轮的实现

        看一下差异：link name和偏移量不同

        Successfully!                   

3.4.5 万向轮的实现

        启动！

3.5 案例

        在前面小车底盘基础之上，添加摄像头和雷达传感器。

3.5.1 总体的xacro文件

        包含三个子文件

3.5.2 总体的launch文件

        先启动一下：

        没毛病。

3.5.3 相机实现

        摄像头的长宽高、偏移量都需要设置：

        开始编程。

        设置连杆关节：

        再次运行launch文件。

        成功！

3.5.4 雷达实现

        雷达支架设计：支架圆柱的半径以及高度。

        安装在车体中心，X、Y偏移量都是0。

        我们看Z的偏移量。很简单

        关节、link实现。

        最终效果：

4 在RVIZ中控制机器人运动

        通过 URDF 结合 rviz 可以创建并显示机器人模型，不过，当前实现的只是静态模型，如何控制模型的运动呢？在此，可以调用 Arbotix 实现此功能。

        Arbotix:Arbotix 是一款控制电机、舵机的控制板，并提供相应的 ros 功能包，这个功能包的功能不仅可以驱动真实的 Arbotix 控制板，它还提供一个差速控制器，通过接受速度控制指令更新机器人的 joint 状态，从而帮助我们实现机器人在 rviz 中的运动。

这个差速控制器在 arbotix_python 程序包中，完整的 arbotix 程序包还包括多种控制器，分别对应 dynamixel 电机、多关节机械臂以及不同形状的夹持器。

实现流程:

1. 安装 Arbotix

2. 创建新功能包，准备机器人 urdf、xacro 文件

3. 添加 Arbotix 配置文件

4. 编写 launch 文件配置 Arbotix

5. 启动 launch 文件并控制机器人模型运动

        安装：

sudo apt-get install ros-melodic-arbotix

        创建新功能包，准备机器人 urdf、xacro：urdf 和 xacro 调用上一讲实现即可

        添加 arbotix 所需的配置文件：

# 该文件是控制器配置,一个机器人模型可能有多个控制器，比如: 底盘、机械臂、夹持器(机械手)....
# 因此，根 name 是 controller
controllers: {
   # 单控制器设置
   base_controller: {
          #类型: 差速控制器
       type: diff_controller,
       #参考坐标
       base_frame_id: base_footprint, 
       #两个轮子之间的间距
       base_width: 0.2,
       #控制频率
       ticks_meter: 2000, 
       #PID控制参数，使机器人车轮快速达到预期速度
       Kp: 12, 
       Kd: 12, 
       Ki: 0, 
       Ko: 50, 
       #加速限制
       accel_limit: 1.0 
    }
}

        建立control.yaml

        然后编写 launch 文件配置 Arbotix 节点：

        运行launch文件启动仿真环境。

        选择odom坐标系。

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}}'

        小车动起来了！

        添加TF、ODOM。

5 Urdf集成gazebo

URDF 需要集成进 Rviz 或 Gazebo 才能显示可视化的机器人模型，前面已经介绍了URDF 与 Rviz 的集成，本节主要介绍:

• URDF 与 Gazebo 的基本集成流程；
• 如果要在 Gazebo 中显示机器人模型，URDF 需要做的一些额外配置；
• 关于Gazebo仿真环境的搭建。

5.1  URDF 与 Gazebo 集成流程

URDF 与 Gazebo 集成流程与 Rviz 实现类似，主要步骤如下:

1. 创建功能包，导入依赖项

2. 编写 URDF 或 Xacro 文件

3. 启动 Gazebo 并显示机器人模型

        在CMakeLists.txt中添加依赖：

find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS
    roscpp
    rospy
    roslib
    # msg
    urdf
    xacro
        gazebo_ros
        gazebo_ros_control
        gazebo_plugins
)

        在package.xml添加依赖：

  gazebo_ros
  gazebo_ros
  gazebo_ros_control
  gazebo_ros_control
  gazebo_plugins
  gazebo_plugins

注意， 当 URDF 需要与 Gazebo 集成时，和 Rviz 有明显区别:


1.必须使用 collision 标签，因为既然是仿真环境，那么必然涉及到碰撞检测，collision 提供碰撞检测的依据。

2.必须使用 inertial 标签，此标签标注了当前机器人某个刚体部分的惯性矩阵，用于一些力学相关的仿真计算。

3.颜色设置，也需要重新使用 gazebo 标签标注，因为之前的颜色设置为了方便调试包含透明度，仿真环境下没有此选项。

     collision如果是标准几何体，把geometry复制一下就好了：

        设置惯性矩阵（先忽略）、设置颜色：

    
        
            
                
            
            
            
                
            
        
        
            
                
            
            
        
        
            
            
            
        
    
    
        Gazebo/Black
    

        集成进launch文件：

        启动launch文件，发现已经集成了。

5.2 计算方法（惯性矩阵等）

1.collision

如果机器人link是标准的几何体形状，和link的 visual 属性设置一致即可。

2.inertial

惯性矩阵的设置需要结合link的质量与外形参数动态生成，标准的球体、圆柱与立方体的惯性矩阵公式如下(已经封装为 xacro 实现):

球体惯性矩阵

圆柱惯性矩阵

立方体惯性矩阵

需要注意的是，原则上，除了 base_footprint 外，机器人的每个刚体部分都需要设置惯性矩阵，且惯性矩阵必须经计算得出，如果随意定义刚体部分的惯性矩阵，那么可能会导致机器人在 Gazebo 中出现抖动，移动等现象。

3.颜色设置

在 gazebo 中显示 link 的颜色，必须要使用指定的标签:

     Gazebo/Blue

material 标签中，设置的值区分大小写，颜色可以设置为 Red Blue Green Black .....

5.3 实际操作：将机器人模型显示在gazebo里面

5.3.1 实现流程

1. 需要编写封装惯性矩阵算法的 xacro 文件

2. 为机器人模型中的每一个 link 添加 collision 和 inertial 标签，并且重置颜色属性

3. 在 launch 文件中启动 gazebo 并添加机器人模型

5.3.2  编写封装惯性矩阵算法的 xacro 文件

        interial.xacro 这个专业性太强了。

5.3.3 封装总的xacro（小车+雷达+相机+惯性）

5.3.4 launch文件

        目前我们框架搭建完毕。

5.3.5 底盘修改

        小车主体部分加颜色 + 惯性矩阵信息

    
        
            
                
            
            
            
                
            
        

        
            
                
            
            
        
        
    

    
        
            Gazebo/Yellow
        
    

        执行launch文件：

        小车主体部分已经有了～

        驱动轮和支承轮也是同样道理，完整代码如下：

    
    
    
    


    
        
            
                
                    
                
                
                
                    
                
            

            
                
                    
                
                
            
            
        

        
            
            
            
            
        


        
            
                Gazebo/Red
            
        
    

        最完整的代码如下：

    
    
    
    
    



    
        
            
                
            
        
    


    
        
            
                
            
            
            
                
            
        

        
            
                
            
            
        
        
    

    
        
            Gazebo/Yellow
        
    

    
        
        
        
    



    
    
    
    


    
        
            
                
                    
                
                
                
                    
                
            

            
                
                    
                
                
            
            
        

        
            
            
            
            
        


        
            
                Gazebo/Red
            
        
    



    
    

    
    

    
        
            
                
                    
                
                
                
                    
                
            
            
                
                    
                
                
            
            
        



        
            
            
            
            
        

        
            
                Gazebo/Red
            
        
    

    
    

        gazebo显示！

5.3.6 传感器修改

        总结了一下。

    
    
    
    
    
    
    
        
            
                
            
            
            
        

        
            
                
            
            
        
        

    

    
        
        
        
    
    
        Gazebo/Blue
    

        图片上有个错误，gazebo reference应该和link name一致的。

        再设置下雷达：

        雷达有两个连杆，因此要设置两次：

    
    
    
    


    
    
    
    
    
    



    
        
            
                
            
            
            
                
            
        
        
            
                
            
            
        
        
    

    
        Gazebo/Grey
    

    
        
        
        
    





    
        
            
                
            
            
            
        

        
            
                
            
            
        
        

    

    
        
        
        
    
    
        Gazebo/Black
    
    

        运行launch文件：

        OK啦！

6 Gazebo仿真环境搭建

        在gazebo中显示别人搭建好的仿真环境。

        建立world文件夹，放入事先建立好的world文件。

        执行！

        成功！