Gazebo学习笔记（2）--传感器和执行器的使用

信息量比较大，认真学习！

xacro

URDF文件不具备代码复用的特性（在上一篇文章也能发现，其实左右轮是极其相似的但还是要单独描述），一个复杂的机器人模型会拥有大量了的传感器和关节组件，这时候使用URDF文件就太难阅读了。精简化、可复用、模块化的xacro文件来了。

原理:Xacro 可以声明变量，可以通过数学运算求解，使用流程控制控制执行顺序，还可以通过类
似函数的实现，封装固定的逻辑，将逻辑中需要的可变的数据以参数的方式暴露出去，从而提高代码复用率以及程序的安全性。

参考链接：Gazebo机器人模型文件的语法_哔哩哔哩_bilibili

gazebo 

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 inertia 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。 

 传感器和执行器的安装

我们新建立一个模型文件，用xacro的形式，这里将模型文件和gazebo仿真文件分开，便于理解。

首先建立文件名为mybot.xacro的模型文件，文件的内容如下，和上一章内容相似，只不过我们在这次模型中加入了传感器的模型。

mybot.xacro

<?xml version="1.0"?>  
<robot name="mybot" xmlns:xacro="http://ros.org/wiki/xacro">  

  <xacro:include filename="$(find myrobot)/urdf/mybot.gazebo.xacro" /> 

  <link name="base_footprint"/>

  <joint name="base_joint" type="fixed">  
    <parent link="base_footprint"/>  
    <child link="base_link"/>  
    <origin rpy="0 0 0" xyz="0 0 0"/>  
  </joint>  
 
  <link name="base_link">  
    <inertial>
     <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
     <mass value="1.0"/> <!-- 适当增加质量 -->
     <inertia ixx="0.001"  ixy="0"  ixz="0" iyy="0.001" iyz="0" izz="0.01" />
    </inertial>

    <visual>  
      <geometry>  
        <box size="0.50 0.32 0.10"/> <!-- 增大尺寸 -->
      </geometry>  
      <origin rpy="0 0 0" xyz="0 0 0"/>  
      <material name="blue">  
          <color rgba="0 0 0.8 1"/>  
      </material>  
    </visual>  

   <collision>
     <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
     <geometry>
       <box size="0.50 0.32 0.10"/> <!-- 同样增大尺寸 -->
     </geometry>
   </collision>

  </link>  

  <link name="right_wheel_link">  
    <inertial>
     <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
     <mass value="0.2"/> <!-- 适当增加质量 -->
     <inertia ixx="0.001"  ixy="0"  ixz="0" iyy="0.001" iyz="0" izz="0.001" />
    </inertial>

    <visual>  
      <geometry>  
        <cylinder length="0.04" radius="0.05"/>  <!-- 增大尺寸 -->
      </geometry>  
      <material name="black">  
        <color rgba="0 0 0 1"/>  
      </material>  
    </visual>  

    <collision>
     <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
     <geometry>
       <cylinder length="0.04" radius="0.05"/> <!-- 同样增大尺寸 -->
     </geometry>
    </collision>
  </link>  

  <joint name="right_wheel_joint" type="continuous">  
    <axis xyz="0 0 -1"/>  
    <parent link="base_link"/>  
    <child link="right_wheel_link"/>  
    <origin rpy="1.5707 0 0" xyz="0.2 -0.18 -0.06"/>  <!-- 根据新尺寸调整位置 -->
  </joint>  

  <link name="left_wheel_link">  
    <inertial>
     <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
     <mass value="0.2"/> <!-- 适当增加质量 -->
     <inertia ixx="0.001"  ixy="0"  ixz="0" iyy="0.001" iyz="0" izz="0.001" />
    </inertial>

    <visual>  
      <geometry>  
        <cylinder length="0.04" radius="0.05"/>  <!-- 增大尺寸 -->
      </geometry>  
      <material name="black">  
        <color rgba="0 0 0 1"/>  
      </material>  
    </visual>  

    <collision>
     <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
     <geometry>
       <cylinder length="0.04" radius="0.05"/> <!-- 同样增大尺寸 -->
     </geometry>
    </collision>   
  </link>  

  <joint name="left_wheel_joint" type="continuous">  
    <axis xyz="0 0 -1"/>  
    <parent link="base_link"/>  
    <child link="left_wheel_link"/>  
    <origin rpy="1.5707 0 0" xyz="0.2 0.18 -0.06"/>  <!-- 根据新尺寸调整位置 -->
  </joint>  

  <link name="ball_wheel_link">  
    <inertial>
     <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
     <mass value="0.2"/> <!-- 适当增加质量 -->
     <inertia ixx="0"  ixy="0"  ixz="0" iyy="0" iyz="0" izz="0" />
    </inertial>

    <visual>  
      <geometry>  
        <sphere radius="0.05"/>  <!-- 增大尺寸 -->
      </geometry>  
      <material name="black">  
        <color rgba="0 0 0 1"/>  
      </material>  
    </visual>  

    <collision>
     <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
     <geometry>
       <sphere radius="0.05"/> <!-- 同样增大尺寸 -->
     </geometry>
    </collision>   
  </link>  

  <joint name="ball_wheel_joint" type="fixed">  
    <axis xyz="0 0 1"/>  
    <parent link="base_link"/>  
    <child link="ball_wheel_link"/>  
    <origin rpy="0 0 0" xyz="-0.20 0 -0.06"/>  <!-- 根据新尺寸调整位置 -->
  </joint>  
 
  <!-- imu sensor -->
  <link name="imu">  
    <visual>  
      <geometry>  
        <box size="0.05 0.05 0.05"/>  
      </geometry>  
      <material name="white">  
          <color rgba="1 1 1 1"/>  
      </material>  
    </visual>  
  </link>  

  <joint name="imu_joint" type="fixed">  
    <parent link="base_link"/>  
    <child link="imu"/>  
    <origin xyz="0.12 0 0.05"/>  
  </joint> 

  <!-- camera -->
  <link name="base_camera_link">  
    <visual>  
      <geometry>  
        <box size="0.05 0.05 0.05"/>  
      </geometry>  
      <material name="white">  
          <color rgba="1 1 1 1"/>  
      </material>  
    </visual>  
  </link>  

  <joint name="camera_joint" type="fixed">  
    <parent link="base_link"/>  
    <child link="base_camera_link"/>  
    <origin xyz="0.2 0 0.05"/>  
  </joint> 
  <!-- laser lidar -->
  <link name="base_laser_link">  
    <visual>  
      <geometry>  
        <cylinder length="0.1" radius="0.08"/>   
      </geometry>  
      <material name="white">  
          <color rgba="1 1 1 1"/>  
      </material>  
    </visual>  
  </link>  
  
  <joint name="laser_joint" type="fixed">  
    <parent link="base_link"/>  
    <child link="base_laser_link"/>  
    <origin xyz="0 0.0 0.1"/>  
  </joint> 


</robot>

这次我详细的解释一下每个部分的意思。

1. 文件头

<?xml version="1.0"?>  
<robot name="mybot" xmlns:xacro="http://ros.org/wiki/xacro">
  <xacro:include filename="$(find myrobot)/urdf/mybot.gazebo.xacro" />

• <?xml version="1.0"?>：这是标准的XML文件声明。
• <robot name="mybot" xmlns:xacro="http://ros.org/wiki/xacro">：定义一个名为mybot的机器人。xacro是XML宏语言，允许通过<xacro:include>引入外部文件（如Gazebo配置文件），以简化代码并复用已有组件。
• <xacro:include>：引入其他xacro文件。在这个例子中，加载了mybot.gazebo.xacro文件，包含该机器人的Gazebo仿真配置。

2. Base footprint和base joint

  <link name="base_footprint"/>
  <joint name="base_joint" type="fixed">  
    <parent link="base_footprint"/>  
    <child link="base_link"/>  
    <origin rpy="0 0 0" xyz="0 0 0"/>  
  </joint>

• <link name="base_footprint"/>：定义了一个名为base_footprint的link，通常用于表示机器人与地面的接触点或投影（虚的）。
• <joint name="base_joint" type="fixed">：定义了一个fixed（固定）类型的关节，固定连接base_footprint和base_link。
• <parent link="base_footprint"/>和<child link="base_link"/>：表示父链接是base_footprint，子链接是base_link。两者通过fixed类型的关节绑定在一起，彼此不会相对运动。
• <origin rpy="0 0 0" xyz="0 0 0"/>：定义了base_link相对于base_footprint的位置和方向，RPY（roll, pitch, yaw）定义了旋转，XYZ定义了平移，均为零表示没有偏移。

 3. Base link

  <link name="base_link">  
    <inertial>
     <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
     <mass value="1.0"/> 
     <inertia ixx="0.001"  ixy="0"  ixz="0" iyy="0.001" iyz="0" izz="0.01" />
    </inertial>

• <link name="base_link">：定义了base_link，这是机器人的主框架。
• <inertial>：定义了该链接的惯性属性。
  • <origin>：惯性原点的位置和方向，这里原点在(0, 0, 0)，没有旋转。
  • <mass value="1.0"/>：定义base_link的质量为1.0 kg。
  • <inertia>：定义惯性张量，描述了该物体如何对旋转产生反作用力。具体值为ixx="0.001"等。

    <visual>  
      <geometry>  
        <box size="0.50 0.32 0.10"/>  
      </geometry>  
      <origin rpy="0 0 0" xyz="0 0 0"/>  
      <material name="blue">  
          <color rgba="0 0 0.8 1"/>  
      </material>  
    </visual>  

 <visual>：定义了视觉模型，用于在仿真中显示。

• <geometry>：几何形状为一个盒子，尺寸为0.50m x 0.32m x 0.10m。
• <material>：颜色为蓝色，RGBA值为(0, 0, 0.8, 1)，即不透明的深蓝色。

   <collision>
     <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
     <geometry>
       <box size="0.50 0.32 0.10"/> 
     </geometry>
   </collision>
  </link>

 <collision>：定义该部分在物理引擎中如何处理碰撞检测，形状同样是一个盒子，尺寸与视觉部分一致。

4. Wheels（车轮）

  <link name="right_wheel_link">
    <inertial>
     <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
     <mass value="0.2"/>
     <inertia ixx="0.001"  ixy="0"  ixz="0" iyy="0.001" iyz="0" izz="0.001" />
    </inertial>

• <link name="right_wheel_link">：右车轮链接。
• <inertial>：定义惯性参数，质量为0.2 kg。

    <visual>  
      <geometry>  
        <cylinder length="0.04" radius="0.05"/>  
      </geometry>  
      <material name="black">  
        <color rgba="0 0 0 1"/>  
      </material>  
    </visual>

 <visual>：右车轮的视觉模型为一个半径为0.05m、长度为0.04m的圆柱体，颜色为黑色。

  <joint name="right_wheel_joint" type="continuous">  
    <axis xyz="0 0 -1"/>  
    <parent link="base_link"/>  
    <child link="right_wheel_link"/>  
    <origin rpy="1.5707 0 0" xyz="0.2 -0.18 -0.06"/>
  </joint>  

• <joint name="right_wheel_joint" type="continuous">：右车轮的关节类型为continuous，表示它可以无限旋转。
• <axis xyz="0 0 -1"/>：定义了旋转轴沿z轴方向。
• <parent>和<child>：将右车轮链接到base_link。
• <origin>：定义关节位置，相对于base_link，放置在(0.2, -0.18, -0.06)。

5. Ball wheel（万向轮） 

  <link name="ball_wheel_link">  
    <inertial>
     <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
     <mass value="0.2"/>
     <inertia ixx="0"  ixy="0"  ixz="0" iyy="0" iyz="0" izz="0"/>
    </inertial>
    <visual>  
      <geometry>  
        <sphere radius="0.05"/>  
      </geometry>  
      <material name="black">  
        <color rgba="0 0 0 1"/>  
      </material>  
    </visual>

• <link name="ball_wheel_link">：定义了万向轮，它的视觉模型是一个半径为0.05米的球体。
• 质量为0.2kg，惯性张量为零，表示它不会对旋转产生阻力。

  <joint name="ball_wheel_joint" type="fixed">  
    <axis xyz="0 0 1"/>  
    <parent link="base_link"/>  
    <child link="ball_wheel_link"/>  
    <origin rpy="0 0 0" xyz="-0.20 0 -0.06"/>  
  </joint>

 ball_wheel_joint是一个fixed类型的关节，将万向轮固定到base_link，没有相对运动。

6. IMU（惯性测量单元）

  <!-- imu sensor -->
  <link name="imu">  
    <visual>  
      <geometry>  
        <box size="0.01 0.01 0.01"/>  
      </geometry>  
      <material name="white">  
          <color rgba="1 1 1 1"/>  
      </material>  
    </visual>  
  </link>  

• IMU链接（link）：定义了一个名为imu的链接，表示机器人上的IMU传感器。IMU通常用于测量机器人的加速度和角速度，用于姿态估计、导航等功能。

• 视觉属性：

  • <geometry>：几何形状为一个边长为0.01米的正方体（盒子）。这只是IMU的可视化模型，实际的IMU数据不依赖这个形状。
  • <material>：IMU的材质为白色，RGBA值为(1, 1, 1, 1)，表示完全不透明的白色。

  <joint name="imu_joint" type="fixed">  
    <parent link="base_link"/>  
    <child link="imu"/>  
    <origin xyz="0.08 0 0.025"/>  
  </joint>

• IMU关节（joint）：定义了一个名为imu_joint的关节，类型为fixed，表示IMU传感器固定在base_link上，没有相对运动。

• 位置（origin）：imu相对于base_link的位置是(0.08, 0, 0.025)，即IMU被放置在主框架的前面0.08米，垂直上方0.025米。这是IMU在机器人模型中的具体物理位置。

下面我对位置和大小做出了更改，一开始的位置和大小设置的有点问题 ，可以自己动手实验一下。

 7.Camera（相机）

  <!-- camera -->
  <link name="base_camera_link">  
    <visual>  
      <geometry>  
        <box size="0.02 0.03 0.03"/>  
      </geometry>  
      <material name="white">  
          <color rgba="1 1 1 1"/>  
      </material>  
    </visual>  
  </link>

• 相机链接（link）：定义了一个名为base_camera_link的链接，表示机器人上的相机组件。

• 视觉属性：

  • <geometry>：几何形状为一个尺寸为0.02 x 0.03 x 0.03米的盒子，这表示相机的外形。该尺寸的设置与实际相机模型相关，但只是视觉效果。
  • <material>：相机的颜色为白色，RGBA为(1, 1, 1, 1)。

  <joint name="camera_joint" type="fixed">  
    <parent link="base_link"/>  
    <child link="base_camera_link"/>  
    <origin xyz="0.1 0 0.025"/>  
  </joint> 

• 相机关节（joint）：名为camera_joint的关节，类型为fixed，将相机固定在base_link上。

• 位置（origin）：相机被放置在机器人主框架的前面0.1米，垂直上方0.025米的位置。这样相机可以向前观测，确保其在机器人移动时可以捕捉正前方的图像。

8. Laser Lidar（激光雷达）

  <!-- laser lidar -->
  <link name="base_laser_link">  
    <visual>  
      <geometry>  
        <cylinder length="0.06" radius="0.04"/>   
      </geometry>  
      <material name="white">  
          <color rgba="1 1 1 1"/>  
      </material>  
    </visual>  
  </link>

• 激光雷达链接（link）：定义了base_laser_link，代表机器人上的激光雷达传感器。激光雷达用于测量距离，生成周围环境的点云数据，通常用于SLAM（同步定位与建图）和避障。

• 视觉属性：

  • <geometry>：几何形状为一个高度为0.06米、半径为0.04米的圆柱体。这个圆柱体模型用于代表激光雷达设备的形状。
  • <material>：材质为白色，RGBA为(1, 1, 1, 1)，表示完全不透明的白色。

  <joint name="laser_joint" type="fixed">  
    <parent link="base_link"/>  
    <child link="base_laser_link"/>  
    <origin xyz="0 0.0 0.06"/>  
  </joint>

• 激光雷达关节（joint）：定义了laser_joint，类型为fixed，将激光雷达固定到base_link上。

• 位置（origin）：激光雷达相对于base_link的位置是(0, 0, 0.06)，即激光雷达放置在主框架的中心点，垂直上方0.06米。这个位置使得激光雷达可以从适当高度扫描周围环境。

mybot.gazebo.xacro

从上面mybot.xacro可以看出这个文件包含mybot.gazebo.xacro文件，mybot.gazebo.xacro主要是写gazebo仿真相关的xml，也可以将这两个文件合在一起。下面新建mybot.gazebo.xacro

参考链接：

Sensors — Gazebo garden documentation (gazebosim.org)

传感器 — Gazebo ionic documentation (gazebosim.org)

Gazebo ： 教程 ： ROS 中的 Gazebo 插件 (gazebosim.org)

内容如下

<?xml version="1.0"?>
<robot name="mybot" xmlns:xacro="http://ros.org/wiki/xacro">
  <xacro:arg name="laser_visual" default="false"/>
  <xacro:arg name="camera_visual" default="false"/>
  <xacro:arg name="imu_visual"   default="false"/>

  <gazebo reference="base_link">
    <material>Gazebo/DarkGrey</material>
  </gazebo>

  <gazebo reference="left_wheel_link">
    <mu1>0.5</mu1>
    <mu2>0.5</mu2>
    <kp>500000.0</kp>
    <kd>10.0</kd>
    <minDepth>0.001</minDepth>
    <maxVel>1.0</maxVel>
    <fdir1>1 0 0</fdir1>
    <material>Gazebo/DarkGrey</material>
  </gazebo>

  <gazebo reference="right_wheel_link">
    <mu1>0.5</mu1>
    <mu2>0.5</mu2>
    <kp>500000.0</kp>
    <kd>10.0</kd>
    <minDepth>0.001</minDepth>
    <maxVel>1.0</maxVel>
    <fdir1>1 0 0</fdir1>
    <material>Gazebo/FlatBlack</material>
  </gazebo>

  <gazebo reference="ball_wheel_link">
    <mu1>0.1</mu1>
    <mu2>0.1</mu2>
    <kp>500000.0</kp>
    <kd>100.0</kd>
    <minDepth>0.001</minDepth>
    <maxVel>1.0</maxVel>
    <material>Gazebo/FlatBlack</material>
  </gazebo>

  <gazebo reference="imu">
    <sensor type="imu" name="imu">
      <always_on>true</always_on>
      <visualize>$(arg imu_visual)</visualize>
    </sensor>
    <material>Gazebo/FlatBlack</material>
  </gazebo>

  <gazebo>
    <plugin name="mybot_controller" filename="libgazebo_ros_diff_drive.so">
      <commandTopic>cmd_vel</commandTopic>
      <odometryTopic>odom</odometryTopic>
      <odometryFrame>odom</odometryFrame>
      <odometrySource>world</odometrySource>
      <publishOdomTF>true</publishOdomTF>
      <robotBaseFrame>base_footprint</robotBaseFrame>
      <publishWheelTF>false</publishWheelTF>
      <publishTf>true</publishTf>
      <publishWheelJointState>true</publishWheelJointState>
      <legacyMode>false</legacyMode>
      <updateRate>30</updateRate>
      <leftJoint>left_wheel_joint</leftJoint>
      <rightJoint>right_wheel_joint</rightJoint>
      <wheelSeparation>0.180</wheelSeparation>
      <wheelDiameter>0.05</wheelDiameter>
      <wheelAcceleration>10</wheelAcceleration>
      <wheelTorque>100</wheelTorque>
      <rosDebugLevel>na</rosDebugLevel>
    </plugin>
  </gazebo>

  <gazebo>
    <plugin name="imu_plugin" filename="libgazebo_ros_imu.so">
      <alwaysOn>true</alwaysOn>
      <bodyName>imu</bodyName>  
      <frameName>imu</frameName>
      <topicName>imu</topicName>
      <serviceName>imu_service</serviceName>
      <gaussianNoise>0.0</gaussianNoise>
      <updateRate>0</updateRate>
      <imu>
        <noise>
          <type>gaussian</type>
          <rate>
            <mean>0.0</mean>
            <stddev>2e-4</stddev>
            <bias_mean>0.0000075</bias_mean>
            <bias_stddev>0.0000008</bias_stddev>
          </rate>
          <accel>
            <mean>0.0</mean>
            <stddev>1.7e-2</stddev>
            <bias_mean>0.1</bias_mean>
            <bias_stddev>0.001</bias_stddev>
          </accel>
        </noise>
      </imu>
    </plugin>
  </gazebo>

  <gazebo reference="base_laser_link">
    <material>Gazebo/FlatBlack</material>
    <sensor type="ray" name="rplidar_sensor">
      <pose>0 0 0 0 0 0</pose>
      <visualize>$(arg laser_visual)</visualize>
      <update_rate>7</update_rate>
      <ray>
        <scan>
          <horizontal>
            <samples>720</samples>
            <resolution>0.5</resolution>
            <min_angle>0.0</min_angle>
            <max_angle>6.28319</max_angle>
          </horizontal>
        </scan>
        <range>
          <min>0.120</min>
          <max>12.0</max>
          <resolution>0.015</resolution>
        </range>
        <noise>
          <type>gaussian</type>
          <mean>0.0</mean>
          <stddev>0.01</stddev>
        </noise>
      </ray>
      <plugin name="gazebo_ros_rplidar_controller" filename="libgazebo_ros_laser.so">
        <topicName>scan</topicName>
        <frameName>base_laser_link</frameName>
      </plugin>
    </sensor>
  </gazebo>

  
  <gazebo reference="base_camera_link">
    <sensor type="camera" name="csi Camera">
      <always_on>true</always_on>
      <visualize>$(arg camera_visual)</visualize>
      <camera>
          <horizontal_fov>1.085595</horizontal_fov>
          <image>
              <width>640</width>
              <height>480</height>
              <format>R8G8B8</format>
          </image>
          <clip>
              <near>0.03</near>
              <far>100</far>
          </clip>
      </camera>
      <plugin name="camera_controller" filename="libgazebo_ros_camera.so">
        <alwaysOn>true</alwaysOn>
        <updateRate>30.0</updateRate>
        <cameraName>/</cameraName>
        <frameName>base_camera_link</frameName>
        <imageTopicName>image_raw</imageTopicName>
        <cameraInfoTopicName>camera_info</cameraInfoTopicName>
        <hackBaseline>0.07</hackBaseline>
        <distortionK1>0.0</distortionK1>
        <distortionK2>0.0</distortionK2>
        <distortionK3>0.0</distortionK3>
        <distortionT1>0.0</distortionT1>
        <distortionT2>0.0</distortionT2>
      </plugin>
    </sensor>
  </gazebo>

</robot>

这段代码是一个在Gazebo仿真环境中定义传感器和插件配置的URDF模型片段，主要涉及传感器的物理属性、仿真设置，以及Gazebo中的一些传感器相关插件。以下是逐行的详细解释。

1. 命名空间与参数声明

<robot name="mybot" xmlns:xacro="http://ros.org/wiki/xacro">
  <xacro:arg name="laser_visual" default="false"/>
  <xacro:arg name="camera_visual" default="false"/>
  <xacro:arg name="imu_visual"   default="false"/>

• robot标签：定义了机器人模型的整体结构，名称为mybot。它使用了xacro命名空间，这是一种XML宏扩展机制，允许在模型中复用代码。
• 参数声明：这里使用了xacro:arg定义了三个参数laser_visual、camera_visual和imu_visual，用于控制激光雷达、相机和IMU的可视化效果，默认值都设置为false。

2. Gazebo材质设置与物理属性 

<gazebo reference="base_link">
  <material>Gazebo/DarkGrey</material>
</gazebo>

gazebo标签：指定Gazebo仿真环境中对base_link（机器人主体）的材质定义，使用了Gazebo/DarkGrey这种深灰色材料。

<gazebo reference="left_wheel_link">
  <mu1>0.5</mu1>
  <mu2>0.5</mu2>
  <kp>500000.0</kp>
  <kd>10.0</kd>
  <minDepth>0.001</minDepth>
  <maxVel>1.0</maxVel>
  <fdir1>1 0 0</fdir1>
  <material>Gazebo/DarkGrey</material>
</gazebo>

• left_wheel_link的物理属性：定义了左轮在仿真中的摩擦和其他物理参数：
  • mu1 和 mu2：轮子的两个摩擦系数，值为0.5。
  • kp：弹性系数，控制接触力的响应速度，设置为500000.0。
  • kd：阻尼系数，控制接触力的衰减速度，值为10.0。
  • minDepth：最小渗透深度，用于防止物体穿透地面，设置为0.001。
  • maxVel：最大接触速度，限制物体的接触速度，值为1.0。
  • fdir1：摩擦方向向量，定义了摩擦力的作用方向为X轴正方向。
  • material：材质为Gazebo/DarkGrey。

右轮和小球轮的物理属性与左轮类似，只是材质或摩擦系数不同。

3. IMU（惯性测量单元）传感器

<gazebo reference="imu">
  <sensor type="imu" name="imu">
    <always_on>true</always_on>
    <visualize>$(arg imu_visual)</visualize>
  </sensor>
  <material>Gazebo/FlatBlack</material>
</gazebo>

• IMU传感器：定义了一个IMU传感器，传感器类型为imu，名称也是imu。
  • always_on：IMU始终保持开启状态。
  • visualize：传感器是否可视化，由$(arg imu_visual)参数决定。这个参数来自前面定义的imu_visual，用于控制仿真中是否显示IMU的视觉效果。
  • material：IMU的材质为Gazebo/FlatBlack。

4. 差速驱动控制插件

<gazebo>
  <plugin name="mybot_controller" filename="libgazebo_ros_diff_drive.so">
    <commandTopic>cmd_vel</commandTopic>
    <odometryTopic>odom</odometryTopic>
    <odometryFrame>odom</odometryFrame>
    <odometrySource>world</odometrySource>
    <publishOdomTF>true</publishOdomTF>
    <robotBaseFrame>base_footprint</robotBaseFrame>
    <publishWheelTF>false</publishWheelTF>
    <publishTf>true</publishTf>
    <publishWheelJointState>true</publishWheelJointState>
    <legacyMode>false</legacyMode>
    <updateRate>30</updateRate>
    <leftJoint>left_wheel_joint</leftJoint>
    <rightJoint>right_wheel_joint</rightJoint>
    <wheelSeparation>0.180</wheelSeparation>
    <wheelDiameter>0.05</wheelDiameter>
    <wheelAcceleration>10</wheelAcceleration>
    <wheelTorque>100</wheelTorque>
    <rosDebugLevel>na</rosDebugLevel>
  </plugin>
</gazebo>

• 差速驱动插件：这是一个用于控制机器人的差速驱动的Gazebo插件，插件名称为mybot_controller，插件文件为libgazebo_ros_diff_drive.so。
  • commandTopic：控制指令的ROS话题，设置为cmd_vel。
  • odometryTopic：里程计的ROS话题，设置为odom。
  • robotBaseFrame：机器人基座的坐标系，设置为base_footprint。
  • leftJoint和rightJoint：分别为左右轮的关节名称，用于差速驱动控制。
  • wheelSeparation：左右轮之间的距离，设置为0.180米。
  • wheelDiameter：轮子的直径，设置为0.05米。
  • updateRate：控制器更新频率，设置为30Hz。
  • 其他参数用于控制轮子加速度、扭矩、里程计发布等。

5. IMU插件

<gazebo>
  <plugin name="imu_plugin" filename="libgazebo_ros_imu.so">
    <alwaysOn>true</alwaysOn>
    <bodyName>imu</bodyName>  
    <frameName>imu</frameName>
    <topicName>imu</topicName>
    <serviceName>imu_service</serviceName>
    <gaussianNoise>0.0</gaussianNoise>
    <updateRate>0</updateRate>
    <imu>
      <noise>
        <type>gaussian</type>
        <rate>
          <mean>0.0</mean>
          <stddev>2e-4</stddev>
          <bias_mean>0.0000075</bias_mean>
          <bias_stddev>0.0000008</bias_stddev>
        </rate>
        <accel>
          <mean>0.0</mean>
          <stddev>1.7e-2</stddev>
          <bias_mean>0.1</bias_mean>
          <bias_stddev>0.001</bias_stddev>
        </accel>
      </noise>
    </imu>
  </plugin>
</gazebo>

• IMU插件：用于仿真IMU数据，插件文件为libgazebo_ros_imu.so。IMU数据通过噪声模型进行模拟。
  • bodyName和frameName：分别为IMU的主体和坐标系名称。
  • topicName：IMU数据发布到的ROS话题名称。
  • gaussianNoise：IMU传感器的高斯噪声，设置为0.0（即无噪声）。
  • noise：定义了IMU噪声模型，包括速率（角速度）和加速度噪声的均值、标准差以及偏置。

6. 激光雷达传感器

<gazebo reference="base_laser_link">
  <material>Gazebo/FlatBlack</material>
  <sensor type="ray" name="rplidar_sensor">
    <pose>0 0 0 0 0 0</pose>
    <visualize>$(arg laser_visual)</visualize>
    <update_rate>7</update_rate>
    <ray>
      <scan>
        <horizontal>
          <samples>720</samples>
          <resolution>0.5</resolution>
          <min_angle>0.0</min_angle>
          <max_angle>6.28319</max_angle>
        </horizontal>
      </scan>
      <range>
        <min>0.120</min>
        <max>12.0</max>
        <resolution>0.015</resolution>
      </range>
      <noise>
        <type>gaussian</type>
        <mean>0.0</mean>
        <stddev>0.01</stddev>
      </noise>
    </ray>
    <plugin name="gazebo_ros_rplidar_controller" filename="libgazebo_ros_laser.so">
      <topicName>scan</topicName>
      <frameName>base_laser_link</frameName>
    </plugin>
  </sensor>
</gazebo>

• 激光雷达传感器：这里定义了一个RPLidar传感器，仿真中发布的数据为ROS话题scan，并且附加了噪声模型来模拟测量误差。
  • samples：水平扫描的样本数量为720。
  • range：激光雷达的测距范围为0.120米到12.0米，分辨率为0.015。
  • 噪声模型为高斯噪声，标准差为0.01。

7. 相机传感器

<gazebo reference="base_camera_link">
  <sensor type="camera" name="csi Camera">
    <always_on>true</always_on>
    <visualize>$(arg camera_visual)</visualize>
    <camera>
        <horizontal_fov>1.085595</horizontal_fov>
        <image>
            <width>640</width>
            <height>480</height>
            <format>R8G8B8</format>
        </image>
        <clip>
            <near>0.03</near>
            <far>100</far>
        </clip>
    </camera>
    <plugin name="camera_controller" filename="libgazebo_ros_camera.so">
      <alwaysOn>true</alwaysOn>
      <updateRate>30.0</updateRate>
      <cameraName>/</cameraName>
      <frameName>base_camera_link</frameName>
      <imageTopicName>image_raw</imageTopicName>
      <cameraInfoTopicName>camera_info</cameraInfoTopicName>
      <hackBaseline>0.07</hackBaseline>
    </plugin>
  </sensor>
</gazebo>

 相机传感器：仿真中的相机传感器，发布ROS话题image_raw用于传输图像数据。

simulation_robot.launch

下面开始编辑启动文件，在launch文件夹下创建simulation_robot.launch，内容如下

<launch>
  <arg name="x_pos" default="0.0"/>
  <arg name="y_pos" default="0.0"/>
  <arg name="z_pos" default="0.0"/>
  <param name="/use_sim_time" value="true" />  
  
  <include file="$(find myrobot)/launch/gazebo_world.launch"/>

  <param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro --inorder $(find myrobot)/urdf/mybot.xacro" />

  <node pkg="gazebo_ros" type="spawn_model" name="spawn_urdf" args="-urdf -model mybot.xacro -x $(arg x_pos) -y $(arg y_pos) -z $(arg z_pos) -param robot_description" />

  <node name="robot_state_publisher" pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" />

</launch>

 这段代码是一个ROS（Robot Operating System）启动文件（launch file），用于启动Gazebo仿真环境并生成一个机器人模型。它定义了多个参数、仿真设置、以及与ROS相关的节点，用于在Gazebo中生成机器人并发布其状态信息。以下是逐行的详细解释：

1. 参数定义

<arg name="x_pos" default="0.0"/>
<arg name="y_pos" default="0.0"/>
<arg name="z_pos" default="0.0"/>

• arg标签：定义了三个启动参数，分别为x_pos、y_pos、z_pos，它们控制机器人在Gazebo环境中的初始位置（X、Y、Z坐标），默认值均为0.0。这些参数可以在启动时传入，也可以使用默认值。

2. 使用仿真时间

<param name="/use_sim_time" value="true" />

• param标签：设置了ROS参数/use_sim_time，该参数为true，意味着在ROS系统中使用仿真时间（来自Gazebo的时间）而非真实时间。这使得仿真环境与ROS的时间同步。

3. 包含Gazebo仿真世界文件

<include file="$(find myrobot)/launch/gazebo_world.launch"/>

• include标签：引入并执行另一个启动文件，这里引用了myrobot包中的gazebo_world.launch。这个文件通常包含启动Gazebo仿真世界的配置，例如世界文件和其他相关设置。

4. 机器人模型描述

<param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro --inorder $(find myrobot)/urdf/mybot.xacro" />

• param标签：定义了ROS参数robot_description，它通过xacro命令生成，xacro是一个宏扩展工具，用于解析.xacro文件（XML宏）。这里使用了--inorder选项，确保按顺序解析.xacro文件，最终将位于myrobot包中的mybot.xacro文件解析为URDF（统一机器人描述格式）模型。这个模型会被传递给ROS中的其他组件使用。

5. 生成机器人模型

<node pkg="gazebo_ros" type="spawn_model" name="spawn_urdf" args="-urdf -model mybot.xacro -x $(arg x_pos) -y $(arg y_pos) -z $(arg z_pos) -param robot_description" />

 node标签：启动一个ROS节点，来自gazebo_ros包的spawn_model节点，该节点用于在Gazebo中生成一个URDF机器人模型。关键参数如下：

• -urdf：指定生成的是URDF格式的机器人模型。
• -model mybot.xacro：指定模型的名称为mybot.xacro。
• -x $(arg x_pos) -y $(arg y_pos) -z $(arg z_pos)：指定机器人的初始位置，X、Y、Z坐标通过启动参数传递。
• -param robot_description：指定机器人的URDF描述文件，来自前面设置的ROS参数robot_description。

6. 机器人状态发布器 

<node name="robot_state_publisher" pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" />

• node标签：启动robot_state_publisher节点，这个节点用于发布机器人每个关节的状态（位置、速度等），它会读取robot_description参数中的URDF描述，并根据关节状态信息发布机器人在ROS中的TF变换树（坐标变换信息）。这是机器人在ROS中移动和仿真的重要部分，用于其他ROS组件实时跟踪机器人的状态。

总结

这个launch文件的功能是：

1. 启动Gazebo仿真环境（包含外部的Gazebo世界文件）。
2. 解析并加载机器人的URDF模型。
3. 在Gazebo中生成机器人并设置其初始位置。
4. 启动机器人状态发布器，实时发布机器人关节的状态和坐标变换。

这使得机器人模型可以在Gazebo中仿真运行，并通过ROS与其他组件（如控制器、传感器处理器等）进行交互。

 查看PDF

为了方便理解我们生成pdf供理解整个模型

终端输入命令

urdf_to_graphiz mybot.xacro

打开gazebo

输入终端命令

roslaunch myrobot simulation_robot.launch

 查看主题命令

rostopic list

机器人系统在ROS中发布了多个与传感器、控制和仿真相关的主题。这些主题可以帮助你进行各种操作，例如控制机器人、获取传感器数据、监听仿真状态等。下面是一些关键主题的解释：

传感器数据相关

1. /camera_info 和 /image_raw：

   • 这些主题与相机相关。/image_raw 提供原始的相机图像数据，/camera_info 则包含相机的校准和配置信息。你也有 /image_raw/compressed 和 /image_raw/compressedDepth 等主题，表示图像被压缩或深度图像的传输。

2. /imu：

   • 这个主题用于发布IMU（惯性测量单元）传感器的数据，通常包括加速度、角速度、姿态信息等。

3. /scan：

   • 这个主题通常用于发布激光雷达（LiDAR）传感器的数据。你可以通过它获取关于机器人周围环境的距离信息，用于避障或建图等任务。

控制相关

1. /cmd_vel：

   • 这个主题用于控制机器人的速度和方向。通常发布线速度（x方向）和角速度（绕z轴）的指令。

2. /odom：

   • 这个主题发布机器人的里程计信息，通常包含机器人的位置、方向和速度，帮助跟踪机器人在环境中的位置。

仿真状态相关

1. /gazebo/model_states 和 /gazebo/link_states：

   • 这些主题发布Gazebo仿真中的模型和链接状态信息。/model_states 包含所有模型的位姿和速度，/link_states 则提供各个链接的状态。

2. /gazebo/set_model_state 和 /gazebo/set_link_state：

   • 这些主题用于设置模型和链接的状态。例如，你可以通过 /set_model_state 来动态改变机器人在仿真中的位置。

其他

1. /joint_states：

   • 这个主题发布机器人各个关节的位置、速度和力矩信息，通常用于关节控制或状态监测。

2. /tf 和 /tf_static：

   • 这些主题用于发布机器人的坐标变换信息，/tf_static 是静态变换，而 /tf 是动态变换，用于描述机器人各部分之间的空间关系。

可以通过 rostopic echo /<topic_name> 来查看这些主题发布的数据，或者使用 rqt_graph 查看ROS节点和主题的通信情况。

 打开rqt界面

开启新终端输入

rqt_image_view

打开控制节点

 打开新终端输入命令

rosrun teleop_twist_keyboard teleop_twist_keyboard.py

如果提示未找到命令是没有安装teleop_twist_keyboard

查看你当前使用的 ROS 版本，你可以在终端中执行以下命令：

rosversion -d

 我的版本是noetic，所以我下载的是 

sudo apt-get install ros-noetic-teleop-twist-keyboard 

今天不知道怎么回事CSDN打字特别卡，难道是过节，没人维护？
我下面在图片里描述一下吧！

打开rivz视图

rviz