ROS入门(七)——仿真机器人三（Gazebo+Xacro）

所用的学习链接：

【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）

一、介绍

1.目标

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

2.Gazebo与rviz的配置区别

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)

• 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>

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

二、实操流程

1.创建功能包，导入依赖和配置

（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

2.xacro文件编写

xacro文件包含五个：

• 封装惯性矩阵算法的 t1_head.xacro
• 底盘+轮子 t2_car.xacro
• 摄像头 t3_camera.xacro
• 雷达 t4_laser.xacro
• 组合t123和head的 t5_1234combine.xacro

（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 -->