3.使用gazebo加載URDF

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1.Gazebo-ROS2插件介紹

在第六章中小魚(yú)曾介紹過(guò)，gazebo是獨(dú)立于ROS/ROS2之外的仿真軟件，我們可以獨(dú)立使用Gazebo。如果我們想要通過(guò)ROS2和Gazebo進(jìn)行交互，需要通過(guò)gazebo_ros插件來(lái)進(jìn)行。

接下來(lái)小魚(yú)先帶你通過(guò)命令行的形式來(lái)啟動(dòng)gazebo-ros2插件以及使用插件提供的服務(wù)來(lái)將fishbot的urdf模型在gazebo中顯示出來(lái)。

1.1 安裝Gazebo插件

sudo apt install ros-humble-gazebo-ros

1.2 啟動(dòng)Gazebo并啟動(dòng)插件

安裝完成后，我們就可以通過(guò)下面的命令行來(lái)啟動(dòng)gazebo并加載ros2插件。

gazebo --verbose -s libgazebo_ros_init.so -s libgazebo_ros_factory.so 

看到下面的日志和Gazebo界面代表啟動(dòng)成功

Gazebo multi-robot simulator, version 11.9.0
Copyright (C) 2012 Open Source Robotics Foundation.
Released under the Apache 2 License.
http://gazebosim.org

[Msg] Waiting for master.
Gazebo multi-robot simulator, version 11.9.0
Copyright (C) 2012 Open Source Robotics Foundation.
Released under the Apache 2 License.
http://gazebosim.org

[Msg] Waiting for master.
[Msg] Connected to gazebo master @ http://127.0.0.1:11345
[Msg] Publicized address: 192.168.2.103
[Msg] Loading world file [/usr/share/gazebo-11/worlds/empty.world]
[INFO] [1649151283.208884022] [gazebo_ros_node]: ROS was initialized without arguments.
[Msg] Connected to gazebo master @ http://127.0.0.1:11345
[Msg] Publicized address: 192.168.2.103

2.插件節(jié)點(diǎn)及其服務(wù)介紹

使用3.1中的指令啟動(dòng)Gazebo并加載gazebo_ros插件，我們使用下面的指令來(lái)看插件的節(jié)點(diǎn)，以及改節(jié)點(diǎn)為我們提供的服務(wù)有哪些？

節(jié)點(diǎn)列表

ros2 node list

正確返回

/gazebo

然后我們看看這個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)外提供的服務(wù)有哪些？

ros2 service list

/delete_entity
/get_model_list
/spawn_entity
/gazebo/describe_parameters
/gazebo/get_parameter_types
/gazebo/get_parameters
/gazebo/list_parameters
/gazebo/set_parameters
/gazebo/set_parameters_atomically

除去和參數(shù)相關(guān)的幾個(gè)服務(wù)，我們可以看到另外三個(gè)特殊服務(wù)：

• /spawn_entity，用于加載模型到gazebo中
• /get_model_list，用于獲取模型列表
• /delete_entity，用于刪除gazbeo中已經(jīng)加載的模型

我們想要讓gazebo顯示出我們配置好的fishbot使用/spawn_entity來(lái)加載即可。

接著我們可以來(lái)請(qǐng)求服務(wù)來(lái)加載模型，小魚(yú)先帶你看一下服務(wù)的接口類(lèi)型。

ros2 service type /spawn_entity

返回

gazebo_msgs/srv/SpawnEntity

指令

ros2 interface show gazebo_msgs/srv/SpawnEntity

返回

string name                       # Name of the entity to be spawned (optional).
string xml                        # Entity XML description as a string, either URDF or SDF.
string robot_namespace            # Spawn robot and all ROS interfaces under this namespace
geometry_msgs/Pose initial_pose   # Initial entity pose.
string reference_frame            # initial_pose is defined relative to the frame of this entity.
                                  # If left empty or "world" or "map", then gazebo world frame is
                                  # used.
                                  # If non-existent entity is specified, an error is returned
                                  # and the entity is not spawned.
---
bool success                      # Return true if spawned successfully.
string status_message             # Comments if available.

可以看到服務(wù)的請(qǐng)求內(nèi)容包括：

• string name ，需要加載的實(shí)體的名稱(chēng) (可選的)。
• string xml ，實(shí)體的XML描述字符串, URDF或者SDF。
• string robot_namespace ，產(chǎn)生的機(jī)器人和所有的ROS接口的命名空間，多機(jī)器人仿真的時(shí)候很有用。
• geometry_msgs/Pose initial_pose ，機(jī)器人的初始化位置
• string reference_frame ，初始姿態(tài)是相對(duì)于該實(shí)體的frame定義的。如果保持"empty"或"world"或“map”，則使用 gazebo的world作為frame。如果指定了不存在的實(shí)體，則會(huì)返回錯(cuò)誤

3.調(diào)用服務(wù)加載fishbot

看到這里你是不是迫不及待敲起來(lái)命令行來(lái)加載我們的機(jī)器人到gazebo了，別著急，小魚(yú)再推薦一個(gè)可視化服務(wù)請(qǐng)求工具，其實(shí)在第六章中小魚(yú)介紹過(guò)，在rqt工具集里有一個(gè)叫服務(wù)請(qǐng)求工具。

命令行輸入rqt，在插件選項(xiàng)中選擇Services->Service Caller,然后再下拉框選擇/spawn_entity服務(wù)，即可看到下面的界面。

接著我們把我們的FishBot的URDF模型復(fù)制粘貼，放到xml中（注意要把原來(lái)的’'刪掉哦?。?，然后拿起我們的小電話(huà)，和小魚(yú)一起Call。

接著就可以看到工廠返回說(shuō)成功把機(jī)器人制作出來(lái)送入gazebo了。

此時(shí)再看我們的Gazebo,一個(gè)小小的，白白的機(jī)器人出現(xiàn)了。

按住Shift加鼠標(biāo)左鍵，拖動(dòng)一下，來(lái)好好的欣賞欣賞我們的機(jī)器人。

3.4 在不同位置加載多個(gè)機(jī)器人

欣賞完畢后，小魚(yú)再帶你生產(chǎn)一個(gè)fishbot（為了后面需要多機(jī)器人仿真的小伙伴）。

修改rqt中的參數(shù)，增加一個(gè)命名空間，然后修改一個(gè)位置，讓第二個(gè)機(jī)器人和第一個(gè)相距1m的地方生產(chǎn)，然后點(diǎn)擊Call。

返回成功，此時(shí)拖送Gazebo觀察一下，發(fā)現(xiàn)多出了一個(gè)機(jī)器人，距離剛好是在X軸（紅色）1米（一個(gè)小格子一米）處。

3.5 查詢(xún)和刪除機(jī)器人

利用rqt工具，我們?cè)賹?duì)另外兩個(gè)服務(wù)接口進(jìn)行請(qǐng)求。

查到了三個(gè)模型，一個(gè)大地，一個(gè)fishbot，一個(gè)fishbot_0。

我們接著嘗試把fishbot_0刪掉，選擇刪除實(shí)體，輸入fishbot_0的名字，拿起小電話(huà)通知工廠回收我們的0號(hào)fishbot。

調(diào)用成功，觀察gazebo發(fā)現(xiàn)機(jī)器人沒(méi)了

4. 將啟動(dòng)gazebo和生產(chǎn)fishbot寫(xiě)成launch文件

打開(kāi)fishbot工作空間，在src/fishbot_description/launch中添加一個(gè)gazebo.launch.py文件，我們開(kāi)始編寫(xiě)launch文件來(lái)在gazebo中加載機(jī)器人模型。

啟動(dòng)gazebo，我們可以將命令行寫(xiě)成一個(gè)launch節(jié)點(diǎn)

ExecuteProcess(
        cmd=['gazebo', '--verbose','-s', 'libgazebo_ros_init.so', '-s', 'libgazebo_ros_factory.so', gazebo_world_path],
        output='screen')

上面我們加載機(jī)器人是直接將XML格式的URDF復(fù)制過(guò)去進(jìn)行加載的，這樣很不方便，我們可以使用gazebo_ros為我們提供好的一個(gè)叫做spawn_entity.py節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)支持從文件地址直接生產(chǎn)機(jī)器人到Gazebo。

其實(shí)該節(jié)點(diǎn)的原理也很簡(jiǎn)單，從URDF中讀取機(jī)器人模型，然后再調(diào)用服務(wù)，和我們手動(dòng)操作一個(gè)樣子，小魚(yú)只道沒(méi)差別。

該節(jié)點(diǎn)需要兩個(gè)參數(shù)，一個(gè)機(jī)器人的模型名字和urdf的文件地址，這個(gè)簡(jiǎn)單，前面我們?cè)?jīng)使用package_share來(lái)拼接過(guò)urdf路徑。

spawn_entity_cmd = Node(
	package='gazebo_ros', 
	executable='spawn_entity.py',
	arguments=['-entity', robot_name_in_model,  '-file', urdf_model_path ], output='screen')

最終寫(xiě)好的launch文件如下：

import os
from launch import LaunchDescription
from launch.actions import ExecuteProcess
from launch_ros.actions import Node
from launch_ros.substitutions import FindPackageShare


def generate_launch_description():
    robot_name_in_model = 'fishbot'
    package_name = 'fishbot_description'
    urdf_name = "fishbot_gazebo.urdf"

    ld = LaunchDescription()
    pkg_share = FindPackageShare(package=package_name).find(package_name) 
    urdf_model_path = os.path.join(pkg_share, f'urdf/{urdf_name}')

    # Start Gazebo server
    start_gazebo_cmd =  ExecuteProcess(
        cmd=['gazebo', '--verbose','-s', 'libgazebo_ros_init.so', '-s', 'libgazebo_ros_factory.so'],
        output='screen')

    # Launch the robot
    spawn_entity_cmd = Node(
        package='gazebo_ros', 
        executable='spawn_entity.py',
        arguments=['-entity', robot_name_in_model,  '-file', urdf_model_path ], output='screen')

    ld.add_action(start_gazebo_cmd)
    ld.add_action(spawn_entity_cmd)


    return ld

編譯運(yùn)行

colcon build --packages-select fishbot_description
source install/setup.bash
ros2 launch fishbot_description gazebo.launch.py

完美顯示

5.總結(jié)

這節(jié)課我們?yōu)镕ishbot注入了仿真必須的物理屬性，但是機(jī)器人還是不會(huì)動(dòng)，下一節(jié)課我們就利用Gazebo的其他插件，讓我們的機(jī)器人動(dòng)起來(lái)。

最后再留一個(gè)課后作業(yè)：

1. 嘗試將fishbot的物理屬性去掉，再加載機(jī)器人看看會(huì)發(fā)生什么？

2. 嘗試將fishbot的碰撞改成很小，再看看會(huì)發(fā)生什么？

3. gazebo還支持link的材料修改，在URDF中添加下面的代碼，給支撐輪一個(gè)不一樣的材質(zhì)吧，你也可以將reference改成其他link，裝點(diǎn)一下你的機(jī)器人。

     <gazebo reference="caster_link">
       <material>Gazebo/Black</material>
     </gazebo>
   

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到了這里，關(guān)于【ROS2機(jī)器人入門(mén)到實(shí)戰(zhàn)】使用gazebo加載URDF的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！