第6章智能機(jī)器人仿真設(shè)計(jì)目錄contentsURDF介紹URDF建模案例傳感器模型Arbotix插件創(chuàng)建Gazebo仿真環(huán)境仿真綜合應(yīng)用URDF介紹01CATALOGUEURDF建模方法什么是URDF?1）UnifiedRobotDescriptionFormat，統(tǒng)一機(jī)器人描述格式；2）ROS中一個(gè)非常重要的機(jī)器人模型描述格式；3）可以解析URDF文件中使用XML格式描述的機(jī)器人模型；4）包含link和joint自身及相關(guān)屬性的描述信息；URDF建模方法<link>1）描述機(jī)器人某個(gè)剛體部分的外觀和物理屬性；2）描述連桿尺寸(size)、顏色(color),形狀(shape),慣性矩陣(inertialmatrix),碰撞參數(shù)(collisionproperties)等；3）每個(gè)Link會(huì)成為一個(gè)坐標(biāo)系。URDF建模方法<joint>1）描述兩個(gè)link之間的關(guān)系，分為六種類型；2）包括關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的位置和速度限制；3）描述機(jī)器人關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)屬性。URDF建模方法<robot>1）完整機(jī)器人模型的最頂層標(biāo)簽2）<link>和<joint>標(biāo)簽都必須包含在<robot>標(biāo)簽內(nèi)3）一個(gè)完整的機(jī)器人模型，由一系列<link>和<joint>組成URDF建模案例02CATALOGUE

采用URDF創(chuàng)建一個(gè)三輪矩形狀機(jī)器人模型，機(jī)器人參數(shù)如下，底盤為長(zhǎng)方體狀，長(zhǎng)270mm，寬130mm，高5mm，由兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪（包含電機(jī)和車輪）和一個(gè)全向支撐輪組成，電機(jī)半徑為16mm，長(zhǎng)度為50mm，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪半徑為32.5mm，輪胎寬度15mm，全向輪半徑為30mm，寬度為25mm，底盤離地間距為48.5mm。URDF建模案例創(chuàng)建一個(gè)機(jī)器人建模的功能包c(diǎn)atkin_create_pkgmbot_descriptionurdfxacrourdf:存放機(jī)器人模型的URDF或xacro文件meshes:放置URDF中引用的模型渲染文件launch:保存相關(guān)啟動(dòng)文件config:保存rviz的配置文件URDF建模案例第一步，利用長(zhǎng)方體創(chuàng)建機(jī)器人底板URDF建模案例第二步，利用圓柱體創(chuàng)建車輪和驅(qū)動(dòng)電機(jī)第三步，利用圓柱體創(chuàng)建前輪URDF工具

在ROS中，提供了一些便于URDF文件編寫的工具，如檢查復(fù)雜的urdf文件是否存在語(yǔ)法問(wèn)題的check_urdf命令和查看urdf模型結(jié)構(gòu)、顯示不同link的層級(jí)關(guān)系的urdf_to_graphiz命令。進(jìn)入urdf文件所屬目錄，執(zhí)行以下指令，如果不拋出異常，說(shuō)明文件合法，否則非法。check_urdfurdf文件名URDF工具進(jìn)入urdf文件所屬目錄，執(zhí)行以下指令，當(dāng)前目錄下會(huì)生成pdf文件urdf_to_graphizurdf文件URDF優(yōu)化—XacroURDF建模存在哪些問(wèn)題？1）模型冗長(zhǎng)，重復(fù)內(nèi)容過(guò)多；2）參數(shù)修改麻煩，不便于二次開(kāi)發(fā)；3）沒(méi)有參數(shù)計(jì)算的功能。URDF模型的進(jìn)化版本——xacro模型文件1）精簡(jiǎn)模型代碼

創(chuàng)建宏定義

文件包含2）提供可編程接口

常量

變量

數(shù)學(xué)計(jì)算

條件語(yǔ)句URDF優(yōu)化—Xacro常量定義<xacro:propertyname="M_PI"value="3.14159"/>常量使用<originxyz="000"rpy="${M_PI/2}00"/>常量定義常量使用URDF優(yōu)化—Xacro數(shù)學(xué)計(jì)算<originxyz="0${(motor_length+wheel_length)/2}0"rpy="000"/>數(shù)學(xué)計(jì)算注意：所有數(shù)學(xué)運(yùn)算都會(huì)轉(zhuǎn)換成浮點(diǎn)數(shù)進(jìn)行，以保證運(yùn)算精度URDF優(yōu)化—Xacro宏定義<xacro:macroname="name"params="ABC">……</xacro:macro>宏調(diào)用<nameA="A_value"B="B_value"C="C_value"/>URDF優(yōu)化—Xacro文件包含

<xacro:includefilename="$(findmbot_description)/urdf/mbot_base_gazebo.xacro">文件包含下面屬于有范圍的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的是（）continuousfixedrevoluteprismaticABCD提交單選題1分xacro提供的可編程接口有（）常量變量數(shù)學(xué)計(jì)算條件計(jì)算ABCD提交多選題2分傳感器模型03CATALOGUE傳感器模型—相機(jī)

攝像頭仿真<sensor>標(biāo)簽：描述傳感器1）type:傳感器類型，camera2）name:攝像頭命名，自由設(shè)置<camera>標(biāo)簽：描述攝像頭參數(shù)分辨率，編碼格式，圖像范圍，噪音參數(shù)等<plugin>標(biāo)簽：加載攝像頭仿真插件

libgazebo_ros_camera.so設(shè)置插件的命名空間、發(fā)布圖像的話題、參考坐標(biāo)系等傳感器模型—相機(jī)

攝像頭仿真?zhèn)鞲衅髂Ｐ汀す饫走_(dá)

激光雷達(dá)仿真?zhèn)鞲衅髂Ｐ汀す饫走_(dá)

激光雷達(dá)仿真?zhèn)鞲衅髂Ｐ?/p>

添加相機(jī)和雷達(dá)后的智能機(jī)器人模型如下Arbotix插件04CATALOGUEArbotix插件

Arbotix是一款控制電機(jī)、舵機(jī)的控制板，并提供相應(yīng)的ros功能包，這個(gè)功能包的功能不僅可以驅(qū)動(dòng)真實(shí)的Arbotix控制板，它還提供一個(gè)差速控制器，通過(guò)接收速度控制指令并更新機(jī)器人的joint狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在Rviz中的運(yùn)動(dòng)。安裝Arbotix方式一：執(zhí)行下面的命令完成安裝。sudoapt-getinstallros-<<versionname>>-arbotix將<<versionname>>替換成當(dāng)前ROS版本名稱，如果提示功能包無(wú)法定位，請(qǐng)采用方式二安裝。方式二：源碼安裝。Arbotix功能包的源碼在github上托管，先執(zhí)行下面的命令下載到工作空間，然后使用catkin_make命令進(jìn)行編譯。gitclone/vanadiumlabs/arbotix_ros.gitArbotix插件配置Arbotix控制器controllers:{#單控制器設(shè)置base_controller:{#類型:差速控制器type:diff_controller,#參考坐標(biāo)base_frame_id:base_footprint,#兩個(gè)輪子之間的間距base_width:0.155,#控制頻率ticks_meter:4000,#PID控制參數(shù)，使機(jī)器人車輪快速達(dá)到預(yù)期速度Kp:12,Kd:12,Ki:0,Ko:50,#加速限制accel_limit:1.0}}Arbotix插件基于Arbotix控制器，運(yùn)行機(jī)器人仿真控制程序創(chuàng)建Gazebo仿真環(huán)境05CATALOGUE添加仿真環(huán)境第一種方法：直接添加環(huán)境模型添加仿真環(huán)境第二種方法：自定義仿真環(huán)境（BuildingEditor）

仿真綜合應(yīng)用06CATALOGUEros_control插件ros_control是什么?1）ROS為開(kāi)發(fā)者提供的機(jī)器人控制中間件2）包含一系列控制器接口、傳動(dòng)裝置接口、硬件接口、控制器工具箱等3）可以幫助機(jī)器人應(yīng)用功能包快速落地，提高開(kāi)發(fā)效率Gazebo已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了ros_control的相關(guān)接口，如果需要在Gazebo中控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，直接調(diào)用相關(guān)接口即可。ros_control插件

可以看到第三方工具navigation和MoveIt!軟件包。這些軟件包可以為移動(dòng)機(jī)器人控制器和機(jī)械臂控制器提供目標(biāo)位置。ros_control與Gazebo的接口ros_control插件控制器管理器提供一種通用的接口來(lái)管理不同的控制器?？刂破髯x取硬件狀態(tài)，發(fā)布控制命令，完成每個(gè)joint的控制。硬件資源為上下兩層提供硬件資源的接口。機(jī)器人硬件抽象機(jī)器人硬件抽象