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安装
简介
URDF与Gazebo基本集成流程
创建功能包
编写URDF文件
启动Gazebo并显示模型
launch 文件实现:
命令行启动（去掉launch中的第三行加载模型）
集成到launch里启动
URDF集成Gazebo相关设置
collision
inertial
颜色设置
URDF集成Gazebo实操
框架搭建
编写封装惯性矩阵算法的 xacro 文件
底盘修改
驱动轮修改
支撑轮修改
传感器修改
雷达修改
Gazebo仿真环境搭建
方式一：用别人的仿真环境
方式二：自己搭建环境
方式三：自定义仿真环境
下载官方模型库
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。
运行使用命令gazebo或rosrun gazebo_ros gazebo
注意1:在 Ubuntu20.04 与 ROS Noetic 环境下，gazebo 启动异常以及解决
问题1:VMware: vmw_ioctl_command error Invalid argument(无效的参数)
解决:
echo "export SVGA_VGPU10=0" >> ~/.bashrc
source .bashrc
问题2:[Err] [REST.cc:205] Error in REST request
解决:sudo gedit ~/.ignition/fuel/config.yaml
然后将url : https://api.ignitionfuel.org使用 # 注释
再添加url: https://api.ignitionrobotics.org
问题3:启动时抛出异常:[gazebo-2] process has died [pid xxx, exit code 255, cmd.....
解决:killall gzserver和killall gzclient
注意2:如果 gazebo没有安装，请自行安装:
1.添加源:
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 -
2.安装：
第一步
sudo apt update
第二步
sudo apt install gazebo11
第三步
sudo apt install libgazebo11-devURDF 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 集成流程与 Rviz 实现类似，主要步骤如下:
创建功能包，导入依赖项
编写 URDF 或 Xacro 文件
启动 Gazebo 并显示机器人模型
<!--
创建一个机器人模型(盒状即可)，显示在 Gazebo 中
-->
<robot name="mycar">
<link name="base_link">
<visual>
<geometry>
<box size="0.5 0.2 0.1" />
</geometry>
<origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="0.0 0.0 0.0" />
<material name="yellow">
<color rgba="0.5 0.3 0.0 1" />
</material>
</visual>
<collision>
<geometry>
<box size="0.5 0.2 0.1" />
</geometry>
<origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="0.0 0.0 0.0" />
</collision>
<inertial>
<origin xyz="0 0 0" />
<mass value="6" />
<inertia ixx="1" ixy="0" ixz="0" iyy="1" iyz="0" izz="1" />
</inertial>
</link>
<gazebo reference="base_link">
<material>Gazebo/Black</material>
</gazebo>
</robot>
一个是设置碰撞参数一个是设置连杆矩阵的
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。
如果是标准集合体，复制visual的geometry和origin即可
<collision>
<geometry>
<box size="0.5 0.2 0.1" />
</geometry>
<origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="0.0 0.0 0.0" />
</collision>惯性矩阵
<mass value>代表的是质量此处为6kg
<inertia ixx="1" ixy="0" ixz="0" iyy="1" iyz="0" izz="1" />
<inertial>
<origin xyz="0 0 0" />
<mass value="6" />
<inertia ixx="1" ixy="0" ixz="0" iyy="1" iyz="0" izz="1" />
</inertial><include file="$(find gazebo_ros)/launch/empty_world.launch" />这个是直接用默认gazebo配置无需新建 empty_world.launch
这个launch是在gazebo_ros包里的
<launch>
<!-- 将 Urdf 文件的内容加载到参数服务器 -->
<param name="robot_description" textfile="$(find demo02_urdf_gazebo)/urdf/urdf01_helloworld.urdf" />
<!-- 启动 gazebo -->
<include file="$(find gazebo_ros)/launch/empty_world.launch" />
<!-- 在 gazebo 中显示机器人模型 -->
<node pkg="gazebo_ros" type="spawn_model" name="model" args="-urdf -model mycar -param robot_description" />
</launch>
跟rviz不同还需要一行命令让gazebo显示机器人模型
<include file="$(find gazebo_ros)/launch/empty_world.launch" />
<!-- 启动 Gazebo 的仿真环境，当前环境为空环境 -->
<node pkg="gazebo_ros" type="spawn_model" name="model" args="-urdf -model mycar -param robot_description" />
<!--
在 Gazebo 中加载一个机器人模型，该功能由 gazebo_ros 下的 spawn_model 提供:
-urdf 加载的是 urdf 文件
-model mycar 模型名称是 mycar
-param robot_description 从参数 robot_description 中载入模型
-x 模型载入的 x 坐标
-y 模型载入的 y 坐标
-z 模型载入的 z 坐标
-->
args="-urdf -model mycar -param robot_description" />
-urdf 要用urdf类型数据
-model mycar 模型取名叫mycar
-param robot_description要加载的模型是从 robot_description获取的
此时gazebo是空的
启动命令传给gazebo参数
此时就完成了
较之于 rviz，gazebo在集成 URDF 时，需要做些许修改，比如:必须添加 collision 碰撞属性相关参数、必须添加 inertial 惯性矩阵相关参数，另外，如果直接移植 Rviz 中机器人的颜色设置是没有显示的，颜色设置也必须做相应的变更。
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。
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):
推导见下面的链接
(67条消息) ROS漫漫长路（一）——Gazebo中机器人圆柱，球，长方体惯性矩阵推导与代码实现_lzzzzzzm的博客-CSDN博客_长方体的惯性矩阵
转动惯量的SI单位为kg·m²。对于一个质点，I=mr²，其中，m是其质量，r是质点和转轴的垂直距离。
所以对称物体的ixy ixz iyz iyx iyz izx izy为0
（因为积分为0）
球体惯性矩阵
<!-- 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>
圆柱惯性矩阵
<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>
立方体惯性矩阵
<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>
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。
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>
PS：material 标签中，设置的值区分大小写，颜色可以设置为 Red Blue Green Black .....
需求描述:
将之前的机器人模型(xacro版)显示在 gazebo 中
实现流程:
需要编写封装惯性矩阵算法的 xacro 文件
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
在 launch 文件中启动 gazebo 并添加机器人模型
新建文件复制以下代码
<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>
把之前的小车xacro实现复制进来
具体见
(15条消息) ROS xacro URDF优化（十七）_啥也不是的py人的博客-CSDN博客
https://blog.csdn.net/weixin_50920579/article/details/124189174?spm=1001.2014.3001.5501
修改car.urdf.xacro
要增加包含惯性矩阵的xacro
因为直接用的之前的rviz的xacro文件，所以要对应进行修改
对link增加<collision>属性
跟visual保持一致就行
调用xacro interia matrix
<!-- diaoyong interia matrix -->
<xacro:cylinder_inertial_matrix m="${base_mass}" r="${base_link_radius}" h="${base_link_length}">另外设置一下全局变量
<xacro:property name="base_mass" value="2" />最后是颜色设置
<gazebo reference="base_link">
<material>Gazebo/Yellow</material>
</gazebo>此处就完成了车体部分设置
然后执行一下看看有没有错
可以看到车体正常显示了
雷达和摄像头还没有正常显示
添加<collision>
添加颜色
添加惯性矩阵
运行
可以看到多出了红色的轮子
设置<collision>
添加惯性矩阵
设置颜色
运行
<collision>
惯性矩阵
颜色设置
先改支架
惯性矩阵修改
颜色修改
雷达修改
惯性矩阵调用
颜色修改
运行
运行成功
到目前为止，我们已经可以将机器人模型显示在 Gazebo 之中了，但是当前默认情况下，在 Gazebo 中机器人模型是在 empty world 中，并没有类似于房间、家具、道路、树木... 之类的仿真物，如何在 Gazebo 中创建仿真环境呢？
Gazebo 中创建仿真实现方式有两种:
方式1: 直接添加内置组件创建仿真环境
方式2: 手动绘制仿真环境(更为灵活)
也还可以直接下载使用官方或第三方提高的仿真环境插件。
以下为素材链接可以直接git clone下载
GitHub - zx595306686/sim_demohttps://github.com/zx595306686/sim_demo.git
新建目录并且把.world放进去
新建launch环境
world_name是固定参数
启动
启动gazebo
然后自己搭建再另存为即可
另存为即可
创建墙体
创建门窗
改变材质，改变颜色
使用官方提供的插件
当前 Gazebo 提供的仿真道具有限，还可以下载官方支持，可以提供更为丰富的仿真实现，具体实现如下:
git clone https://github.com/osrf/gazebo_models
之前是:hg clone https://bitbucket.org/osrf/gazebo_models但是已经不可用
注意: 此过程可能比较耗时
3.2 将模型库复制进 gazebo
将得到的gazebo_models文件夹内容复制到 /usr/share/gazebo-*/models
3.3 应用
重启 Gazebo，选择左侧菜单栏的 insert 可以选择并插入相关道具了