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【奥特学园】ROS机器人入门课程《ROS理论与实践》零基础教程P271-277
【以上视频笔记见http://www.autolabor.com.cn/book/ROSTutorials/】
前文参考
ROS入门(五)——仿真机器人一（URDF+Rviz）
ROS入门(六)——仿真机器人二（Xacro+Rviz+Arbotix小车运动）
1.编写封装了惯性矩阵算法的 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 并添加机器人模型这些区别在后面的实操里会在代码中添加相应注释
（1）urdf 中必须使用 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。如果机器人link是标准的几何体形状，和link原本的 visual 属性设置一致即可。
（2）urdf 中必须使用 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。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)
<!-- Macro for inertia matrix -->
<xacro:macro name="sphere_inertial_matrix" params="m r">
<inertial>
<mass value="${m}" />
<inertia ixx="${2*m*r*r/5}" ixy="0" ixz="0" iyy="${2*m*r*r/5}" iyz="0" izz="${2*m*r*r/5}" />
</inertial>
</xacro:macro><xacro:macro name="cylinder_inertial_matrix" params="m r h">
<inertial>
<mass value="${m}" />
<inertia ixx="${m*(3*r*r+h*h)/12}" ixy="0" ixz="0" iyy="${m*(3*r*r+h*h)/12}" iyz="0" izz="${m*r*r/2}" />
</inertial>
</xacro:macro><xacro:macro name="Box_inertial_matrix" params="m l w h">
<inertial>
<mass value="${m}" />
<inertia ixx="${m*(h*h + l*l)/12}" ixy="0" ixz="0" iyy="${m*(w*w + l*l)/12}" iyz="0" izz="${m*(w*w + h*h)/12}" />
</inertial>
</xacro:macro>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）urdf 中的颜色设置
颜色也需要重新使用 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。在 gazebo 中显示 link 的颜色，必须要使用指定的标签
<gazebo reference="link节点名称">
<material>Gazebo/Blue</material>
</gazebo>material 标签中，设置的值区分大小写，颜色可以设置为 Red Blue Green Black ...
（4）launch文件区别
原本的 pkg = " rviz " ，现在的 pkg = " gazebo_ros " ，并调整一些相关参数
（1）创建功能包
在原本 工作空间(7.19_demo01) / src 目录 → 右键src → 新建一个 catkin package→ 自定义命名【urdf_gazebo】，导入dependences ：
urdf xacro gazebo_ros gazebo_ros_control gazebo_plugins（2）创建文件夹
在urdf_gazebo目录下创建三个文件夹： urdf （存放urdf或xacro文件）、worlds（存放gazebo仿真环境）、launch
xacro文件包含五个：
（1）封装惯性矩阵算法的 t1_head.xacro 文件
在urdf 目录下新建一个xacro文件用于封装惯性矩阵算法，分别包含了球体、圆柱、立方体三种形状的惯性矩阵公式
<robot name="base" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro">
<!-- Macro for inertia matrix -->
<xacro:macro name="sphere_inertial_matrix" params="m r">
<inertial>
<mass value="${m}" />
<inertia ixx="${2*m*r*r/5}" ixy="0" ixz="0" iyy="${2*m*r*r/5}" iyz="0" izz="${2*m*r*r/5}" />
</inertial>
</xacro:macro>
<xacro:macro name="cylinder_inertial_matrix" params="m r h">
<inertial>
<mass value="${m}" />
<inertia ixx="${m*(3*r*r+h*h)/12}" ixy="0" ixz="0" iyy="${m*(3*r*r+h*h)/12}" iyz="0" izz="${m*r*r/2}" />
</inertial>
</xacro:macro>
<xacro:macro name="Box_inertial_matrix" params="m l w h">
<inertial>
<mass value="${m}" />
<inertia ixx="${m*(h*h + l*l)/12}" ixy="0" ixz="0" iyy="${m*(w*w + l*l)/12}" iyz="0" izz="${m*(w*w + h*h)/12}" />
</inertial>
</xacro:macro>
</robot>（2）底盘+轮子 t2_car.xacro 文件
<!-- 根标签，必须声明 xmlns:xacro -->
<robot name="my_base" xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro">
<!-- 封装变量、常量 -->
<!-- PI 值设置精度需要高一些，否则后续车轮翻转量计算时，可能会出现肉眼不能察觉的车轮倾斜，从而导致模型抖动 -->
<xacro:property name="PI" value="3.1415926" />
<!-- 宏:黑色设置 -->
<material name="black">
<color rgba="0.0 0.0 0.0 1.0" />
</material>
<!-- 底盘属性 -->
<xacro:property name="base_footprint_radius" value="0.001" /> <!-- base_footprint 半径 -->
<xacro:property name="base_link_radius" value="0.1" /> <!-- base_link 半径 -->
<xacro:property name="base_link_length" value="0.08" /> <!-- base_link 长 -->
<xacro:property name="earth_space" value="0.015" /> <!-- 离地间距 -->
<xacro:property name="base_link_m" value="0.5" /> <!-- 质量 -->
<!-- 底盘 -->
<link name="base_footprint">
<visual>
<geometry>
<sphere radius="${base_footprint_radius}" />
</geometry>
</visual>
</link>
<link name="base_link">
<visual>
<geometry>
<cylinder radius="${base_link_radius}" length="${base_link_length}" />
</geometry>
<origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
<material name="yellow">
<color rgba="0.5 0.3 0.0 0.5" />
</material>
</visual>
<!-- 与rviz不同（1）：gazebo的urdf或xacro文件中必须设置碰撞 -->
<collision>
<geometry>
<cylinder radius="${base_link_radius}" length="${base_link_length}" />
</geometry>
<origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
</collision>
<!-- 与rviz不同（2）：使用在head.xacro中封装过的inertial标签 -->
<xacro:cylinder_inertial_matrix m="${base_link_m}" r="${base_link_radius}" h="${base_link_length}" />
</link>
<joint name="base_link2base_footprint" type="fixed">
<parent link="base_footprint" />
<child link="base_link" />
<origin xyz="0 0 ${earth_space + base_link_length / 2 }" />
</joint>
<gazebo reference="base_link">
<!-- 与rviz不同（3）：重新设置颜色 -->
<material>Gazebo/Yellow</material>
</gazebo>
<!-- 驱动轮 -->
<!-- 驱动轮属性 -->
<xacro:property name="wheel_radius" value="0.0325" /> <!-- 半径 -->
<xacro:property name="wheel_length" value="0.015" /> <!-- 宽度 -->
<xacro:property name="wheel_m" value="0.05" /> <!-- 质量 -->
<!-- 驱动轮宏实现 -->
<xacro:macro name="add_wheels" params="name flag">
<link name="${name}_wheel">
<visual>
<geometry>
<cylinder radius="${wheel_radius}" length="${wheel_length}" />
</geometry>
<origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="${PI / 2} 0.0 0.0" />
<material name="black" />
</visual>
<collision>
<geometry>
<cylinder radius="${wheel_radius}" length="${wheel_length}" />
</geometry>
<origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="${PI / 2} 0.0 0.0" />
</collision>
<xacro:cylinder_inertial_matrix m="${wheel_m}" r="${wheel_radius}" h="${wheel_length}" />
</link>
<joint name="${name}_wheel2base_link" type="continuous">
<parent link="base_link" />
<child link="${name}_wheel" />
<origin xyz="0 ${flag * base_link_radius} ${-(earth_space + base_link_length / 2 - wheel_radius) }" />
<axis xyz="0 1 0" />
</joint>
<gazebo reference="${name}_wheel">
<material>Gazebo/Red</material>
</gazebo>
</xacro:macro>
<xacro:add_wheels name="left" flag="1" />
<xacro:add_wheels name="right" flag="-1" />
<!-- 支撑轮 -->
<!-- 支撑轮属性 -->
<xacro:property name="support_wheel_radius" value="0.0075" /> <!-- 支撑轮半径 -->
<xacro:property name="support_wheel_m" value="0.03" /> <!-- 质量 -->
<!-- 支撑轮宏 -->
<xacro:macro name="add_support_wheel" params="name flag">
<link name="${name}_wheel">
<visual>
<geometry>
<sphere radius="${support_wheel_radius}" />
</geometry>
<origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
<material name="black" />
</visual>
<collision>
<geometry>
<sphere radius="${support_wheel_radius}" />
</geometry>
<origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
</collision>
<xacro:sphere_inertial_matrix m="${support_wheel_m}" r="${support_wheel_radius}" />
</link>
<joint name="${name}_wheel2base_link" type="continuous">
<parent link="base_link" />
<child link="${name}_wheel" />
<origin xyz="${flag * (base_link_radius - support_wheel_radius)} 0 ${-(base_link_length / 2 + earth_space / 2)}" />
<axis xyz="1 1 1" />
</joint>
<gazebo reference="${name}_wheel">
<material>Gazebo/Red</material>
</gazebo>
</xacro:macro>
<xacro:add_support_wheel name="front" flag="1" />
<xacro:add_support_wheel name="back" flag="-1" />
</robot>（3）摄像头 t3_camera.xacro 文件
<!-- 摄像头相关的 xacro 文件 -->
<robot name="my_camera" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro">
<!-- 摄像头属性 -->
<xacro:property name="camera_length" value="0.01" /> <!-- 摄像头长度(x) -->
<xacro:property name="camera_width" value="0.025" /> <!-- 摄像头宽度(y) -->
<xacro:property name="camera_height" value="0.025" /> <!-- 摄像头高度(z) -->
<xacro:property name="camera_x" value="0.08" /> <!-- 摄像头安装的x坐标 -->
<xacro:property name="camera_y" value="0.0" /> <!-- 摄像头安装的y坐标 -->
<xacro:property name="camera_z" value="${base_link_length / 2 + camera_height / 2}" /> <!-- 摄像头安装的z坐标:底盘高度 / 2 + 摄像头高度 / 2 -->
<xacro:property name="camera_m" value="0.01" /> <!-- 摄像头质量 -->
<!-- 摄像头关节以及link -->
<link name="camera">
<visual>
<geometry>
<box size="${camera_length} ${camera_width} ${camera_height}" />
</geometry>
<origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="0.0 0.0 0.0" />
<material name="black" />
</visual>
<collision>
<geometry>
<box size="${camera_length} ${camera_width} ${camera_height}" />
</geometry>
<origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="0.0 0.0 0.0" />
</collision>
<xacro:Box_inertial_matrix m="${camera_m}" l="${camera_length}" w="${camera_width}" h="${camera_height}" />
</link>
<joint name="camera2base_link" type="fixed">
<parent link="base_link" />
<child link="camera" />
<origin xyz="${camera_x} ${camera_y} ${camera_z}" />
</joint>
<gazebo reference="camera">
<material>Gazebo/Blue</material>
</gazebo>
</robot>（4）雷达 t4_laser.xacro 文件
<robot name="my_laser" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro">
<!-- 雷达支架 -->
<xacro:property name="support_length" value="0.15" /> <!-- 支架长度 -->
<xacro:property name="support_radius" value="0.01" /> <!-- 支架半径 -->
<xacro:property name="support_x" value="0.0" /> <!-- 支架安装的x坐标 -->
<xacro:property name="support_y" value="0.0" /> <!-- 支架安装的y坐标 -->
<xacro:property name="support_z" value="${base_link_length / 2 + support_length / 2}" /> <!-- 支架安装的z坐标:底盘高度 / 2 + 支架高度 / 2 -->
<xacro:property name="support_m" value="0.02" /> <!-- 支架质量 -->
<link name="support">
<visual>
<geometry>
<cylinder radius="${support_radius}" length="${support_length}" />
</geometry>
<origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="0.0 0.0 0.0" />
<material name="red">
<color rgba="0.8 0.2 0.0 0.8" />
</material>
</visual>
<collision>
<geometry>
<cylinder radius="${support_radius}" length="${support_length}" />
</geometry>
<origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="0.0 0.0 0.0" />
</collision>
<xacro:cylinder_inertial_matrix m="${support_m}" r="${support_radius}" h="${support_length}" />
</link>
<joint name="support2base_link" type="fixed">
<parent link="base_link" />
<child link="support" />
<origin xyz="${support_x} ${support_y} ${support_z}" />
</joint>
<gazebo reference="support">
<material>Gazebo/White</material>
</gazebo>
<!-- 雷达属性 -->
<xacro:property name="laser_length" value="0.05" /> <!-- 雷达长度 -->
<xacro:property name="laser_radius" value="0.03" /> <!-- 雷达半径 -->
<xacro:property name="laser_x" value="0.0" /> <!-- 雷达安装的x坐标 -->
<xacro:property name="laser_y" value="0.0" /> <!-- 雷达安装的y坐标 -->
<xacro:property name="laser_z" value="${support_length / 2 + laser_length / 2}" /> <!-- 雷达安装的z坐标:支架高度 / 2 + 雷达高度 / 2 -->
<xacro:property name="laser_m" value="0.1" /> <!-- 雷达质量 -->
<!-- 雷达关节以及link -->
<link name="laser">
<visual>
<geometry>
<cylinder radius="${laser_radius}" length="${laser_length}" />
</geometry>
<origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="0.0 0.0 0.0" />
<material name="black" />
</visual>
<collision>
<geometry>
<cylinder radius="${laser_radius}" length="${laser_length}" />
</geometry>
<origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="0.0 0.0 0.0" />
</collision>
<xacro:cylinder_inertial_matrix m="${laser_m}" r="${laser_radius}" h="${laser_length}" />
</link>
<joint name="laser2support" type="fixed">
<parent link="support" />
<child link="laser" />
<origin xyz="${laser_x} ${laser_y} ${laser_z}" />
</joint>
<gazebo reference="laser">
<material>Gazebo/Black</material>
</gazebo>
</robot>（5）组合前面xacro的 t5_1234combine.xacro 文件
<!-- 组合惯性矩阵文件、小车、摄像头和雷达 -->
<robot name="my_car_camera" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro">
<xacro:include filename="t1_head.xacro" />
<xacro:include filename="t2_car.xacro" />
<xacro:include filename="t3_camera.xacro" />
<xacro:include filename="t4_laser.xacro" />
</robot>素材链接：https://github.com/zx595306686/sim_demo.git
（1）下载
打开一个终端，输入命令和素材链接，将会下载素材
git clone https://github.com/zx595306686/sim_demo.git在运行代码所在的文件夹下生成一个 sim_demo 文件夹
（2）复制box_house.world文件
打开 sim_demo 文件夹，下面有一个box_house.world 文件，将其复制到下面目录底下
# 工作空间/src/urdf_gazebo/worlds
7.19_demo01/src/urdf_gazebo/worlds<launch>
<!-- 将 Urdf 文件的内容加载到参数服务器 -->
<param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro $(find urdf_gazebo)/urdf/t5_1234combine.xacro" />
<!-- 启动 gazebo -->
<!-- 加载仿真环境 -->
<!-- <include file="$(find gazebo_ros)/launch/empty_world.launch" /> -->
<include file="$(find gazebo_ros)/launch/empty_world.launch">
<arg name="world_name" value="$(find urdf_gazebo)/worlds/box_house.world"></arg>
</include>
<!-- 在 gazebo 中显示机器人模型 -->
<!-- 与rviz不同（4）：launch-->
<node pkg="gazebo_ros" type="spawn_model" name="model" args="-urdf -model mycar -param robot_description" />
</launch>如果直接调用<include file="$(find gazebo_ros)/launch/empty_world.launch" />则会加载一个空环境。
（1）ctrl+shift+b编译
（2）新终端1
roscore（2）新终端2
roslaunch urdf_gazebo t5_xacro.launch