ROS入门(四)——Gazebo的基本使用

ROS入门(四)——Gazebo的基本使用
　　iwehdio的博客园：https://www.cnblogs.com/iwehdio/

参考教程：
gazebo入门教程（一） 安装，UI介绍：https://blog.csdn.net/weixin_41045354/article/details/84881498
gazebo入门教程（二）建立简单模型：https://blog.csdn.net/weixin_41045354/article/details/103668162

1、界面概述

• 卸载 ros-melodic 版本安装的 Gazebo9，安装 Gazebo11。

  $ sudo apt-get remove gazebo9 gazebo9-common gazebo9-plugin-base libgazebo9:amd64 libgazebo9-dev:amd64 ros-melodic-gazebo-*                   
  
  $ sudo sh -c 'echo "deb http://packages.osrfoundation.org/gazebo/ubuntu-stable `lsb_release -cs` main" > /etc/apt/sources.list.d/gazebo-stable.list'
  $ wget http://packages.osrfoundation.org/gazebo.key -O - | sudo apt-key add -
  $ sudo apt-get update
  $ sudo apt-get install gazebo11
  $ sudo apt-get install libgazebo11-dev
  

• 启动：

  • 命令行：roslaunch gazebo_ros empty_world.launch。
  • 全局命令：Alt + F2，键入 gazebo 后回车。

• 软件视图：

  • 场景：展示仿真模型。
  • 左面板：
    • WORLD：“世界”选项卡，显示当前在场景中的模型，并允许你查看和修改模型参数，例如它们的姿势。你还可以通过展开“GUI”选项并调整相机姿势来更改摄像机视角。
    • INSERT：“插入”选项卡，向模拟添加新对象（模型）。要查看模型列表，您可能需要单击箭头以展开文件夹。在要插入的模型上单击（和释放），然后在场景中再次单击以添加它。
    • LAYER：“图层”选项卡可组织和显示模拟中可用的不同可视化组（如果有）。图层可以包含一个或多个模型。打开或关闭图层将显示或隐藏该图层中的模型。这是一个可选功能，因此在大多数情况下此选项卡将为空。
  • 右面板：默认情况下Gazeb界面隐藏右侧面板。单击并拖动栏以将其打开。右侧面板可用于与所选模型（joint）的移动部件进行交互。如果未在场景中选择任何模型，则面板不会显示任何信息。
  • 上部工具栏：是Gazebo的主工具栏，它包含一些最常用的与模拟器交互的选项，例如：选择，移动，旋转和缩放对象等按钮; 创造一些简单的形状（如立方体，球体，圆柱体）; 复制/粘贴模型选项。
    • 选择模式（select mode）：在场景中导航。
    • 平移模式（translate mode）：选择要移动的模型。
    • 旋转模式（rotate mode）：选择要旋转的模型。
    • 缩放模式（scale mode）：选择要缩放的模型。
    • 撤消/重做（undo/redo）：撤消/重做场景中的操作。
    • 简单形状（simple shape）：将简单形状插入场景中。
    • 灯光（lights）：为场景添加灯光。
    • 复制/粘贴（copy/paste）：在场景中复制/粘贴模型。
    • Align：将模型彼此对齐。
    • Snap：将一个模型与另一个模型对齐。
    • 更改视图（change view）：从各个角度查看场景。
  • 底部工具栏：显示有关模拟的数据，如模拟时间及其与实际时间的关系。
    • “模拟时间”是指模拟运行时模拟器中时间流逝的速度。模拟时间可以比实时更慢或更快，具体取决于运行模拟所需的计算量。
    • “实时”是指模拟器运行时在现实生活中经过的实际时间。模拟时间和实时之间的关系称为“实时因子”（RTF）。它是模拟时间与实时的比率。RTF衡量模拟运行与实时相比的速度或速率。
    • Gazebo的世界状况每迭代一次，计算一次。你可以在底部工具栏的右侧看到迭代次数。每次迭代都会将模拟推进固定的秒数，称为步长。默认情况下，步长为1 ms。您可以按暂停按钮暂停模拟，并使用步骤按钮逐步执行几个步骤。
  • 菜单栏：更具体的功能。
  • 鼠标操作：
    • shift + 左键：旋转视角。
    • 左键：平移时间。
    • 滚轮：缩放大小。

2、创建一个简单的机器人

• 进入模型编辑器，在顶部菜单栏中单击Edit，然后选择Model Editor。或者，使用热键Ctrl + M。

  • 左侧面板和顶部工具栏仅包含用于编辑和创建模型零件的小部件。
  • 上方的工具栏包含用于编辑模型的工具。包括用于与场景中的对象进行交互的工具。可用的工具包括选择，平移，缩放，旋转，撤消和重做，复制和粘贴，对齐，捕捉，视图调整以及联合创建。
  • 左面板有两个用于编辑模型的标签。
    • Insert 插入标签：用于添加关节和模型约束的工具。
      • 您可以将新零件（链接和模型）添加到模型编辑器。共分为三个部分。
      • 简单形状：这些是可以插入以在模型中形成链接的基本几何形状。
      • 自定义形状：该Add按钮允许您从模型的链接中导入自定义网格。目前，它支持COLLADA（.dae），3D Systems（.stl），Wavefront（.obj）和W3C SVG（.svg）文件。
      • 模型数据库：具有模型列表。可以按照与简单形状相同的方式将它们插入到“模型编辑器”中。插入后，它们称为嵌套模型
    • Model “模型”选项卡：允许编辑模型属性和内容。
      • 可以设置要构建的模型的名称和基本参数。它显示了模型中的链接，关节，模型约束和插件的列表。可以使用Link Inspector修改参数。
      • 可以使用下边的这些方法打开它。双击列表中的项目 /
        双击场景中的项目 / 右键单击列表中的项目，然后选择 Open Link Inspector / 右键单击场景中的项目，然后选择 Open Link Inspector。

• 创建车辆：

  1. 底盘。

     • 在左侧面板的“insert”选项卡中，在“box”图标上单击一次，将光标移至“场景”中的任何位置，然后再次单击以释放框。

       

     • 接下来，调整盒子的尺寸。我们可以通过选择顶部工具栏上的“缩放”（第四个）工具来做到这一点。在“场景”中选择该框，并且该框上方应显示RGB标记。红色标记代表X轴，绿色代表Y，蓝色代表Z。

     • 将底盘降低到更靠近地面的位置。双击底盘模型以调出检查器链接检查器（link inspector）。向下滚动到 link 选项卡的底部以找到 Pose 参数，并将其更改Z为0.4m，然后在框外单击。单击OK以保存更改并关闭检查器。

     • link 选项卡有两个Pose，一定要注意设置的是下方的Pose。

     

  2. 前轮。

     • 从左侧面板上的 insert 选项卡插入圆柱体。

     • 使用Link Inspector沿X轴旋转它。双击圆柱体，滚动到底部的 Pose 部分，然后更改Roll为1.5707弧度（90度），然后在框外单击。暂时不要关闭检查器。

     • 接下来，通过提供确切的尺寸来调整轮子的尺寸。转到 visual 视觉选项卡以查看此链接中的视觉列表。向下滚动到Geometry部分，然后将其更改 Radius 为0.3m和 Length 为0.25m。

       

     • 现在，在较大的圆柱体内可以看到较小的圆柱。因为我们仅更改了视觉几何体，而没有更改碰撞。visual 是链接的图形表示，不影响物理模拟。切换到 collision 选项。设置Radius：0.3m和Length：0.25m 单击OK以保存更改并关闭检查器。

     • 通过复制粘贴创建另一个前轮。选中刚刚创建的前轮，在上方工具栏中点击复制（右起第六个），再点击粘贴（右起第五个），在场景中单击插入副本。

     • 现在，通过沿X轴正方向（场景中的红色标记）对齐底盘，确保车辆能够正确行驶。在下一步中添加车轮时，请确保它们位于沿X轴正方向延伸的车辆末端。

     • 底盘和车轮目前是自由移动的车身。为了限制它们的运动，我们将在每个车轮和底盘之间添加关节。单击顶部工具栏上的 Joint 图标（右起第一个）以弹出 Create Joint 对话框。

     • Create Joint 对话框包含通常为关节指定的关节属性。在配置任何属性之前，系统会提示您选择关节的父级和子级链接。将鼠标移到“场景”中的底盘上以使其突出显示，然后单击以将其设置为关节的父级。

       • 将鼠标移至左前轮；一条线现在应该从机箱的原点延伸到鼠标的末端。单击轮子将其设置为关节的子代。创建一个新的关节。默认情况下，它是旋转关节（Revolute），恰好是我们想要的 Joint Types 。

     • 接下来，我们需要配置轮子的旋转轴。在 Create Joint 对话框中，找到 Joint axis 并将其更改为Z（0，0，1）。注意轮子各个轴上的颜色显示。您应该看到一个黄色的环现在出现在关节图的蓝色箭头上方，表示其为旋转轴 。

     • 为了使车轮与底盘对齐，我们将在“ Joint Creation”对话框的部分中使用不同的对齐选项Align links。首先，我们将在X轴上对齐，因此单击 X Align Max 选项以查看对齐结果。圆柱体应突出显示以指示其姿势已更改。

     • 在我们的示例中，我们要使轮子与底盘平齐。要使车轮更靠近，请单击Y Align Max选项。但是，这还不是我们想要的。单击Y对齐选项旁边的Reverse选项，以将轮子的最小值（最大值的反方向）与底盘的最大值对齐。最后点击按Create。

       • 注意，此 Reverse 选项适用于子链接，因为下面的下拉列表中显示的默认对齐方式配置为 Child to Parent。如果设置了 Parent to Child 配置，则 Reverse 选项将应用于父链接
       

     • 要将轮子放置在地面上方，请双击轮子以打开链接检查器(link inspector)。我们可以使用Pose对话框底部的部分来移动轮子。假设轮子的半径为0.3m，请继续并将Z位置更改为0.3m以放置在地面上，然后按OK。

     • 将另一个前轮做同样的操作，注意使用 Y Align Min 选项将右轮对准底盘的另一侧。

       

  3. 脚轮。

     • 单击左侧面板上的“球形”按钮，然后将其插入场景。
     • 通过提供与前轮相同的确切尺寸来调整球体的大小。visual 选项卡Geometry部分并将其更改Radius为0.2m。确保对“collision”选项卡中的碰撞尺寸也执行相同的操作。
     • 要在脚轮和底盘之间创建关节，请单击顶部工具栏上的Joint图标，以显示Joint Creation对话框。将鼠标移至场景，然后选择底盘作为父链接，并选择球作为子链接。
     • 脚轮在所有方向滚动，并且没有特定的旋转轴。在凉亭中，这是使用球形接头模拟的。因此，在Joint types选项中，选择Ball（球连接）。
     • 接下来，对准脚轮，使其与底盘居中，并位于后端。在Align links部分中，选择Y Align Center，选择在Y轴上居中的选项，然后选择X Align Min（最小对齐），使脚轮移动到车轮右后方的选项。按下Create按钮以完成关节创建过程。
     • 打开link inspector并将Z位置设置为0.2m。

  4. 添加传感器。

     • 选择Insert选项卡以查看此部分中可用的模型列表(Model Database)。在列表中找到“深度相机” (Depth Camera)，然后单击它以开始下载模型。

     • 看起来像一个小立方体。将鼠标移到场景上，然后单击汽车前面的空白处以插入深度摄像头。移动深度摄像头，使其位于车辆前部底盘的顶部，并大致位于Y轴的中心。

     • 将深度相机固定到机箱上。单击顶部工具栏中的“关节”（joint)图标以打开“关节创建” (Joint Creation )对话框。将鼠标移至场景，然后选择机箱作为父链接，选择深度摄像头作为子链接。选择Fixed选项(即固定连接)。

       

  5. 添加插件。

     • 在Model Plugins选项下面，单击Add按钮，弹出一个“模型插件检查器”。

     • 插件名为 smallcar_follower，使用的插件为libFollowerPlugin.so。

       

  6. 保存模型，退出模型编辑器。

     • 要测试插件是否正常工作，请在汽车前面插入一个盒子，然后观察汽车向其缓慢移动。

       

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