在ROS中完成一个机器小车的模型创建,传感器配置,仿真环境的设置,并控制机器小车进行运动。(1)

本文围绕机器人建模与仿真展开,介绍了urdf模型结合rviz可视化的操作,包括创建功能包、编写urdf和launch文件、图形化显示等;还阐述了gazebo绘制地图的步骤,如创建工作空间、绘制墙壁、保存地图文件,以及配置xacro小车模型文件和ROS运行环境。

一、urdf模型+rviz可视化

创建功能包,添加依赖。用的是Ubantu 20.04

cd catkin_ws  #进入工作空间
catkin_create_pkg jubot_demo urdf xacro #创建功能包、添加依赖
cd jubot_demo/
mkdir urdf
mkdir launch
mkdir meshes #存放渲染机器人模型的文件
mkdir config #存放rviz配置的文件

新建两个文档,jubot_base.urdf(放urdf文件夹下)
display_jubot_base_urdf.launch(放launch文件夹下)
config里的rviz文件是保存生成的,不用写

1. urdf文件

Unified Robot Description Format,统一机器人描述格式,简称为URDF
在这里插入图片描述
上图展示了模型的环节(link)与关节(joint)坐标关系,在基础模型之上,我们为机器人添加尺寸大小。由于每个环节的参考系都位于该环节的底部,关节也是如此,所以在表示尺寸大小时,只需要描述其相对于连接的关节的相对位置关系即可。URDF中的 origin 域就是用来表示这种相对关系。

如果我们为机器人的关节添加 axis 旋转轴参数,那么该机器人模型就可以具备基本的运动学参数。
在这里插入图片描述

关于参数欧拉角rpy,是roll(滚转角)、pitch(俯仰角)、yaw(偏航角),分别对应绕x轴、y轴、z轴

<?xml version="1.0" ?>
<robot name="jubot">
    
<!--base_car-->>
    <link name="base_link">   
        <visual> 
            <origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="0.0 0.0 0.0"/> 
            <geometry>  
                <cylinder radius="0.20" length="0.16"/>             
            </geometry>
            <material name="yellow"> 
                <color rgba="1 0.4 0 1"/>  
            </material>
        </visual>
    </link>

<!--left_wheel-->>
    <joint name="left_wheel_joint" type="continuous">   
        <origin xyz="0.0 0.19 -0.05" rpy="0.0 0.0 0.0"/> 
        <parent link="base_link"/>  
        <child link="left_wheel_link"/> 
        <axis xyz="0.0 1.0 0.0"/>  
    </joint>

    <link name="left_wheel_link">
        <visual>
            <origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="1.5707 0.0 0.0"/>
            <geometry>
                <cylinder radius="0.06" length="0.025"/>
            </geometry>
            <material name="white">
                <color rgba="1 1 1 0.9"/>
            </material>
        </visual>
    </link>
 
<!--right_wheel-->>
    <joint name="right_wheel_joint" type="continuous">
        <origin xyz="0.0 -0.19 -0.05"/>
        <parent link="base_link"/>
        <child link="right_wheel_link"/>
        <axis xyz="0.0 1.0 0.0"/>
    </joint>

    <link name="right_wheel_link">
        <visual>
            <origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="1.5707 0.0 0.0"/>
            <geometry>
                <cylinder radius="0.06" length="0.025"/>
            </geometry>
            <material name="white">
                <color rgba="1 1.0 1.0 0.9"/>
            </material>
        </visual>
    </link>

<!--front_caster-->
    <joint name="front_caster_joint" type="continuous">
        <origin xyz="0.18 0.0 -0.095" rpy="0.0 0.0 0.0"/>
        <parent link="base_link"/>
        <child link="front_caster_link"/>
        <axis xyz="0.0 1.0 0.0"/>
    </joint>

    <link name="front_caster_link">
        <visual>
            <origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="0.0 0.0 0.0"/>
                <geometry>
                    <sphere radius="0.015"/>
                </geometry>
                <material name="black">
                    <color rgba="0.0 0.0 0.0 0.95"/>
                </material>
        </visual>
    </link>

<!--back_caster-->
    <joint name="back_caster_joint" type="continuous">
        <origin xyz="-0.18 0.0 -0.095" rpy="0.0 0.0 0.0"/>
        <parent link="base_link"/>
        <child link="back_caster_link"/>
        <axis xyz="0.0 1.0 0.0"/>
    </joint>

    <link name="back_caster_link">
        <visual>
            <origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="0.0 0.0 0.0"/>
                <geometry>
                    <sphere radius="0.015"/>
                </geometry>
            <material name="black">
                <color rgba="0.0 0.0 0.0 0.95"/>
            </material>
        </visual>
    </link>
</robot>

2. launch文件

<launch>
	<!-- 设置机器人模型路径参数 -->
	<param name="robot_description" textfile="$(find jubot_demo)/urdf/jubot_base.urdf" />

	<!-- 运行joint_state_publisher节点,发布机器人的关节状态  -->
	<node name="joint_state_publisher_gui" pkg="joint_state_publisher_gui" type="joint_state_publisher_gui" />
	
	<!-- 运行robot_state_publisher节点,发布tf  -->
	<node name
<think>好的,我现在需要帮助用户学习如何在ROS创建一个移动小车的仿真模型,特别是使用Gazebo。首先,我应该回顾一下用户提供的引用内容,看看有没有相关的资源或步骤可以借鉴。 根据引用[1]和[2],用户提到Gazebo的URDF文件编写以及阿克曼小车仿真环境设置,涉及传感器安装和ROS话题控制。这说明用户可能需要从基础开始,先了解URDF的结构,然后逐步添加传感器控制接口。 首先,用户需要创建一个机器人的URDF模型。URDF是ROS中用于描述机器模型的XML格式文件。需要包括小车的底盘、轮子等部件,定义它们的几何形状、惯性属性和关节连接。接下来,为了让小车在Gazebo中正确仿真,必须添加Gazebo特定的插件,比如传输、控制器和传感器插件。例如,引用[1]提到通过ROS控制小车,可能需要添加差速驱动控制器插件,这样可以通过ROS话题发送速度命令。 然后,用户需要配置控制接口。差速驱动的小车通常需要左右轮的速度控制,这可以通过ROS的Twist消息来实现。引用[2]中提到的阿克曼小车可能需要不同的控制方式,但基本思路相似,都是通过订阅话题来接收控制指令。此外,添加传感器如激光雷达、IMU和相机也是关键步骤,这些传感器需要在URDF中定义,配置相应的Gazebo插件,以便在仿真中发布传感器数据到ROS话题。 接下来是启动仿真环境,可能需要创建一个launch文件来同时启动Gazebo和加载机器模型。在测试过程中,用户可能需要使用rostopic或rviz来查看传感器数据和控制小车移动。例如,通过rostopic pub发送Twist消息,观察小车是否按预期运动。 用户可能遇到的常见问题包括URDF文件中的错误导致模型无法正确加载,或者插件配置不正确导致控制失效。这时候需要仔细检查URDF语法,确认关节和传输的正确性,以及插件的参数是否合适。此外,传感器数据的正确发布也需要确保话题名称和消息类型匹配。 最后,用户可能需要进一步优化模型,比如调整物理属性,添加更复杂的传感器,或者实现导航功能。引用[2]中提到SLAM应用,可能涉及到将传感器数据与导航算法结合,这可能需要更多的配置和测试。 总结步骤应该是:创建URDF模型、添加Gazebo插件、配置控制接口、添加传感器、启动仿真测试。同时,用户可能需要参考现有的教程和资源,如引用中提到的URDF编写和插件配置,来确保每一步的正确性。</think>在ROS创建移动小车的Gazebo仿真模型需要以下步骤,结合URDF建模、Gazebo插件配置ROS控制接口设计: --- ### **1. 创建小车URDF模型** - **基础结构**:定义底盘、轮子、关节等组件。例如底盘为长方体,轮子为圆柱体,使用`<link>`和`<joint>`标签描述连接关系。 ```xml <link name="base_link"> <visual>...</visual> <collision>...</collision> <inertial>...</inertial> </link> <joint name="wheel_left_joint" type="continuous"> <parent link="base_link"/> <child link="wheel_left"/> </joint> ``` - **添加Gazebo插件**:在URDF中插入Gazebo的差速驱动控制器插件,实现ROS话题控制。 ```xml <gazebo> <plugin name="differential_drive_controller" filename="libgazebo_ros_diff_drive.so"> <commandTopic>cmd_vel</commandTopic> <odometryTopic>odom</odometryTopic> <wheelSeparation>0.3</wheelSeparation> <wheelDiameter>0.1</wheelDiameter> </plugin> </gazebo> ``` --- ### **2. 配置传感器(可选)** - **激光雷达**:添加Hokuyo或Velodyne雷达插件[^2]。 ```xml <gazebo reference="laser_link"> <sensor type="ray" name="lidar"> <plugin filename="libgazebo_ros_laser.so">...</plugin> </sensor> </gazebo> ``` - **IMU与相机**:类似地定义`imu_link`和`camera_link`,加载对应插件。 --- ### **3. 启动仿真环境** - **创建Launch文件**:加载URDF模型到Gazebo,启动ROS节点。 ```xml <launch> <param name="robot_description" textfile="$(find my_robot)/urdf/robot.urdf"/> <node name="spawn_urdf" pkg="gazebo_ros" type="spawn_model" args="-urdf -model my_robot -param robot_description"/> <node pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" name="robot_state_publisher"/> </launch> ``` --- ### **4. 测试控制接口** - **发送速度指令**: ```bash rostopic pub /cmd_vel geometry_msgs/Twist "linear: x: 0.2 y: 0.0 z: 0.0 angular: x: 0.0 y: 0.0 z: 0.5" ``` - **查看传感器数据**: ```bash rostopic echo /scan # 激光雷达数据 rostopic echo /imu # IMU数据 ``` --- ### **常见问题排查** - **模型未显示**:检查URDF文件语法,确认`<collision>`和`<inertial>`标签是否正确定义[^1]。 - **控制无响应**:确认差速驱动插件的`<commandTopic>`与发送的话题名称一致。 - **传感器数据缺失**:检查Gazebo插件类型和话题配置。 ---
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