| 项目名称 |
实验四 3D建模与仿真 |
成绩 |
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| 内容：自定义机器人3D模型，创建一个URDF文件、xacro文件、ROS2[Kinetic/Melodic/Noetic]仿真 |
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| 实验记录（70分） 从头开始构建使用 URDF 的可视化机器人模型： 先尝试两个案例：01和07,输入如下命令：
在执行这条指令时候遇到问题如下：
图 报错 路径不准确，需要到对应功能包路径下，执行相应的指令。 请注意，上面的 roslaunch 行假设是从 urdf_tutorial 包目录执行它（即：urdf 目录是当前工作目录的直接子目录）。如果不是这种情况，01-myfirst.urdf 的相对路径将无效，一旦 roslaunch 尝试将 urdf 加载到参数服务器，就会收到错误。
同样可以打开07案例：
调整机器人模型，透明度，背景色等。
图 机器人模型显示 使用： Check_urdf
图 机器人各关节坐标系关联图 设置机器人颜色：
修改头为红色：
图 头换成红色 使用f1tenth模型（以coffee色为例）： 包含一键配置和环境修改。
图 车身调整为咖啡色 过渡到真实汽车模型：
图 真实汽车三维模型 |
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| 思考题（30分）：
Urdf和xacro都可以用来描述机器人模型，但是xacro具有更强的扩展性和可读性，并且可以使用变量和条件语句来动态生成模型。对于调整模型颜色，xacro更为方便，通过添加XML标签可以直接指定颜色属性，而在Urdf中需要编辑URDF文件的XML标签，较为繁琐。
三维机器人模型：urdf(xacro)标准化机器人描述格式（Unified Robot Description Format，URDF）是一种用于描述机器人及其部分结构、关节、自由度等的XML格式文件。每次在ROS中看到3D机器人都会有URDF文件与之对应，例如PR2（Willow Garage）或者Robonaut（NASA）。 可视化：rviz，ROS中的rviz或rqt_rviz工具。它集成了能够完成3D数据处理的OpenGL界面，能够将传感器数据在模型化世界（world）中展示，过程是先使用传感器坐标系读取测量值，再将这些读数按照之间的相对位置在正确的位置绘制。 仿真：Gazebo、V-Rep、Webots。 要在ROS中对机器人进行仿真，需要使用Gazebo。Gazebo（http://gazebosim.org/）是一种适用于复杂室内和室外环境的多机器人仿真环境。它能够在三维环境中对多个机器人、传感器及物体进行仿真，生成实际传感器的反馈以及物体之间的物理交互。 CoppeliaSim is the name of our new robot simulator. CoppeliaSim is 100% compatible with V-REP. It runs faster and has more features than V-REP. |
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蓝桥云课ROS机器人实验报告-04三维建模与仿真的大纲可能包括以下内容：
- ROS仿真环境介绍：介绍ROS仿真环境的概念、优点、常用工具和流程。
- Gazebo介绍：介绍Gazebo仿真器的概念、特点、使用方法和优势，以及与ROS的集成。
- 创建机器人模型：介绍如何使用Gazebo和ROS创建机器人的仿真模型，包括机器人的几何结构、运动学模型、动力学模型等。
- 机器人控制：介绍如何使用ROS控制机器人在仿真环境中运动和感知，以及与仿真模型进行交互。
- 传感器模拟：介绍如何使用Gazebo和ROS模拟机器人的传感器，如激光雷达、摄像头、GPS等，并采集传感器的数据。
- 数据可视化：介绍如何使用ROS的可视化工具，如rqt_plot、rqt_image等，将机器人的状态和传感器数据可视化。
- 实验练习：学生需要根据给定的机器人硬件设备和控制需求，设计机器人的仿真模型和控制程序，并在Gazebo和ROS环境中进行仿真和调试。
以上是蓝桥云课ROS机器人实验报告-04三维建模与仿真大纲的一个大致框架，具体内容可能会根据实验的目的和实际情况进行调整。
蓝桥云课ROS机器人实验报告-04三维建模与仿真进阶实验流程可能包括以下步骤：
- 导入机器人硬件设备的CAD模型：使用CAD软件（如SolidWorks、AutoCAD等）导入机器人的硬件设备的CAD模型，并导出为STL文件格式。
- 创建机器人仿真环境：在Gazebo中创建一个新的仿真环境，并设置仿真器的物理引擎、时间步长、传感器等参数。
- 导入机器人模型：将机器人的CAD模型导入到Gazebo中，并设置机器人的几何结构、运动学模型、动力学模型等。
- 编写机器人控制程序：使用ROS编写机器人的控制程序，包括机器人的运动控制、传感器数据采集等。
- 模拟传感器数据：在Gazebo中模拟机器人的传感器数据，如激光雷达、摄像头、GPS等，并将传感器数据输出到ROS中。
- 可视化机器状态和传感器数据：使用ROS的可视化工具，如rqt_plot、rqt_image等，将机器人的状态和传感器数据可视化。
- 调试和优化：根据实验结果进行调试和优化，包括机器人的控制策略、传感器数据的处理等。
- 实验评估：对实验结果进行评估，包括机器人的运动精度、传感器数据的准确性等。
以上是蓝桥云课ROS机器人实验报告-04三维建模与仿真进阶实验流程的一个大致框架，具体步骤和流程可能会根据实验的目的和实际情况进行调整。
蓝桥云课ROS机器人实验报告-04三维建模与仿真核心要点总结如下：
- ROS仿真环境介绍：介绍ROS仿真环境的概念、优点、常用工具和流程。
- Gazebo介绍：介绍Gazebo仿真器的概念、特点、使用方法和优势，以及与ROS的集成。
- 创建机器人模型：介绍如何使用Gazebo和ROS创建机器人的仿真模型，包括机器人的几何结构、运动学模型、动力学模型等。
- 机器人控制：介绍如何使用ROS控制机器人在仿真环境中运动和感知，以及与仿真模型进行交互。
- 传感器模拟：介绍如何使用Gazebo和ROS模拟机器人的传感器，如激光雷达、摄像头、GPS等，并采集传感器的数据。
- 数据可视化：介绍如何使用ROS的可视化工具，如rqt_plot、rqt_image等，将机器人的状态和传感器数据可视化。
以上是蓝桥云课ROS机器人实验报告-04三维建模与仿真核心要点的总结，掌握这些内容可以帮助学生在ROS中创建机器人仿真模型，并进行控制和传感器数据的模拟和可视化。