ROS1{\rm ROS1}ROS1的基础及应用，基于古月的课，各位可以去看，基于hawkbot{\rm hawkbot}hawkbot机器人进行实际操作。
ROS{\rm ROS}ROS版本：ROS1{\rm ROS1}ROS1的Melodic{\rm Melodic}Melodic；实际机器人：Hawkbot{\rm Hawkbot}Hawkbot；

1.机器人URDF模型优化

1. URDF{\rm URDF}URDF模型进化版本–xacro{\rm xacro}xacro模型文件

   1. 精简模型代码
      • 创建宏定义；
      • 文件包含；
   2. 提供可编程接口
      • 常量；
      • 变量；
      • 数学计算；
      • 条件语句；

2. 常量定义

   # 常量定义
   # 常量使用
   
   

3. 数学计算

   # 数学计算
   
   

4. 宏定义

   # 宏定义
   
   ...
   # 宏调用
   
   

5. 文件包含

   # 文件包含
   
   

2.使用xacro建立模型

# 1.在urdf文件夹下建立xacro文件夹
mkdir xacro# 在xacro目录下新建mbot_base.xacro和mbot.xacro文件
# 文件内容见下个代码块，请勿直接复制粘贴
touch mbot_base.xacro mbot.xacro# 2.新建display_mbot_base_xacro.launch文件
# 文件内容见下个代码块，请勿直接复制粘贴
touch display_mbot_base_xacro.launch# 3.模型显示
# 法1：将xacro文件转换成URDF文件显示
rosrun xacro xacro.py mbot.xacro > mbot.urdf# 法2：直接调用xacro文件解析器，在.launch文件中写入
# 4.启动.launch文件
roslaunch mbot_description display_mbot_base_xacro.launch

# mbot_base.xacro文件内容

         

# mbot.xacro文件内容

# display_mbot_base_xacro.launch文件内容

3.ArbotiX+rviz功能仿真

1. ArbotiX{\rm ArbotiX}ArbotiX简介

   • 一款控制电机、舵机的硬件控制板；
   • 提供了相应的ROS{\rm ROS}ROS功能包；
   • 提供了一个差速控制器，通过接收速度控制指令，更新机器人的里程计状态；

2. ArbotiX{\rm ArbotiX}ArbotiX安装

   # ros相关信息：Ubuntu 18.04+melodic
   # 1.下载ArbotiX功能包
   cd willard_ws/src/
   git clone -b indigo-devel
   https://github.com/vanadiumlabs/arbotix_ros.git# 2.工作空间下编译
   cd ~/willard_ws/
   catkin_make

3. 配置ArbotiX{\rm ArbotiX}ArbotiX控制器

   # 1.创建launch文件
   cd willard_ws/src/mbot_description/launch/xacro/# 文件内容见下个代码块，请勿直接复制粘贴
   touch arbotix_mbot_with_camera_xacro.launch# 2.创建配置文件
   cd willard_ws/src/mbot_description/config/# 文件内容见下个代码块，请勿直接复制粘贴
   touch fake_mbot_arbotix.yaml# 3.启动仿真器
   roslaunch mbot_description arbotix_mbot_with_camera_xacro.launch# 4.键盘控制相关
   # 4.1 新建mbot_teleop功能包
   catkin_create_pkg willard_teleop roscpp std_msgs rospy# 4.2 在willard_teleop下创建launch、scripts文件夹
   mkdir launch scripts# 4.3 在/scripts文件夹下创建.py文件
   # 文件内容见下个代码块，请勿直接复制粘贴
   touch willard_teleop.py# 4.4 给.py文件添加可执行权限
   chmod 777 willard_teleop.py# 4.5 新建.launch文件
   # 文件内容见下个代码块，请勿直接复制粘贴
   touch willard_teleop.launch # 5.启动键盘控制
   roslaunch willard_teleop willard_teleop.launch

   # arbotix_mbot_with_camera_xacro.launch文件内容
   

   # fake_mbot_arbotix.yaml文件内容
   controllers: {base_controller: {type: diff_controller, base_frame_id: base_footprint, base_width: 0.26, ticks_meter: 4100, Kp: 12, Kd: 12, Ki: 0, Ko: 50, accel_limit: 1.0 }
   }

   # willard_teleop.py文件内容
   #!/usr/bin/env python
   # -*- coding: utf-8 -*-import rospy
   from geometry_msgs.msg import Twist
   import sys, select, termios, ttymsg = """
   Control mbot!
   ---------------------------
   Moving around:u    i    oj    k    lm    ,    .q/z : increase/decrease max speeds by 10%
   w/x : increase/decrease only linear speed by 10%
   e/c : increase/decrease only angular speed by 10%
   space key, k : force stop
   anything else : stop smoothlyCTRL-C to quit
   """moveBindings = {'i':(1,0),'o':(1,-1),'j':(0,1),'l':(0,-1),'u':(1,1),',':(-1,0),'.':(-1,1),'m':(-1,-1),}speedBindings={'q':(1.1,1.1),'z':(.9,.9),'w':(1.1,1),'x':(.9,1),'e':(1,1.1),'c':(1,.9),}def getKey():tty.setraw(sys.stdin.fileno())rlist, _, _ = select.select([sys.stdin], [], [], 0.1)if rlist:key = sys.stdin.read(1)else:key = ''termios.tcsetattr(sys.stdin, termios.TCSADRAIN, settings)return keyspeed = .2
   turn = 1def vels(speed,turn):return "currently:\tspeed %s\tturn %s " % (speed,turn)if __name__=="__main__":settings = termios.tcgetattr(sys.stdin)rospy.init_node('mbot_teleop')pub = rospy.Publisher('/cmd_vel', Twist, queue_size=5)x = 0th = 0status = 0count = 0acc = 0.1target_speed = 0target_turn = 0control_speed = 0control_turn = 0try:print msgprint vels(speed,turn)while(1):key = getKey()# 运动控制方向键（1：正方向，-1负方向）if key in moveBindings.keys():x = moveBindings[key][0]th = moveBindings[key][1]count = 0# 速度修改键elif key in speedBindings.keys():speed = speed * speedBindings[key][0]  # 线速度增加0.1倍turn = turn * speedBindings[key][1]    # 角速度增加0.1倍count = 0print vels(speed,turn)if (status == 14):print msgstatus = (status + 1) % 15# 停止键elif key == ' ' or key == 'k' :x = 0th = 0control_speed = 0control_turn = 0else:count = count + 1if count > 4:x = 0th = 0if (key == '\x03'):break# 目标速度=速度值*方向值target_speed = speed * xtarget_turn = turn * th# 速度限位，防止速度增减过快if target_speed > control_speed:control_speed = min( target_speed, control_speed + 0.02 )elif target_speed < control_speed:control_speed = max( target_speed, control_speed - 0.02 )else:control_speed = target_speedif target_turn > control_turn:control_turn = min( target_turn, control_turn + 0.1 )elif target_turn < control_turn:control_turn = max( target_turn, control_turn - 0.1 )else:control_turn = target_turn# 创建并发布twist消息twist = Twist()twist.linear.x = control_speed; twist.linear.y = 0; twist.linear.z = 0twist.angular.x = 0; twist.angular.y = 0; twist.angular.z = control_turnpub.publish(twist)except:print efinally:twist = Twist()twist.linear.x = 0; twist.linear.y = 0; twist.linear.z = 0twist.angular.x = 0; twist.angular.y = 0; twist.angular.z = 0pub.publish(twist)termios.tcsetattr(sys.stdin, termios.TCSADRAIN, settings)

   # willard_teleop.launch
   
   

4. 仿真效果图

   

4.Gazebo物理仿真环境搭建

4.1 ros_control

1. ros_control{\rm ros\_control}ros_control简介

   • ROS{\rm ROS}ROS为开发者提供的机器人控制中间件；
   • 包含一系列控制器接口、传动装置接口、硬件接口、控制器工具等；
   • 可以帮助机器人应用功能包快速落地，提高开发效率；

2. ros_control{\rm ros\_control}ros_control框架

   

   

   • 控制器管理器：提供一种通用的接口来管理不同的控制器；
   • 控制器：读取硬件状态，发布控制命令，完成每个joint{\rm joint}joint的控制；
   • 硬件资源：为上下两层提供硬件资源的接口；
   • 机器人硬件抽象：机器人硬件抽象和硬件资源直接打交道，通过write{\rm write}write和read{\rm read}read方法完成硬件操作；
   • 真实机器人：执行接收到的命令；

   

3. 控制器(controllers)({\rm controllers})(controllers)介绍

   

4.2 仿真步骤

1. 配置机器人模型；
2. 创建仿真环境；
3. 开始仿真；

4.2.1 配置物理仿真模型

• STEP1{\rm STEP1}STEP1：为link{\rm link}link添加惯性参数和碰撞属性；
• STEP2{\rm STEP2}STEP2：为link{\rm link}link添加gazebo{\rm gazebo}gazebo标签；
• STEP3{\rm STEP3}STEP3：为joint{\rm joint}joint添加传动装置；
• STEP4{\rm STEP4}STEP4：添加gazebo{\rm gazebo}gazebo控制器插件；
  • ：机器人的命名空间；
  • 和：左右轮转动的关节joint{\rm joint}joint；
  • 和：机器人模型的相关尺寸，在计算差速参数时需要使用；
  • ：控制器订阅的速度控制指令，生成全局命名时需要结合中设置的命名空间；
  • ：里程计数据的参考坐标系，ROS{\rm ROS}ROS中一般命名为odom{\rm odom}odom；

物理仿真模型配置实例：

# mbot_base_gazebo.xacro文件内容
    Gazebo/Graytransmission_interface/SimpleTransmissionhardware_interface/VelocityJointInterfacehardware_interface/VelocityJointInterface1      Gazebo/Blackfalse           Gazebo/BlueDebugtrue/1truetrue100.0trueleft_wheel_jointright_wheel_joint${wheel_joint_y*2}${2*wheel_radius}1301.8cmd_velodom odom base_footprint 

4.2.2 创建仿真环境

# view_mbot_gazebo_empty_world.launch文件内容   

# 1.启动空环境下的.launch文件
roslaunch mbot_gazebo view_mbot_gazebo_empty_world.launch # 2.启动键盘控制节点
roslaunch mbot_teleop mbot_teleop.launch# 3.添加环境模型
# 3.1 直接添加，把模型保存到~/.gazebo/models/下
cd ~/.gazebo/models/
git clone https://github.com/osrf/gazebo_models.git# 添加好模型后，保存为.world文件# 3.2 使用Buiding Editor，在gazebo的edit下
# 4.把仿真模型路径写入.launch文件，即可加载

效果如下图：

4.3 传感器仿真

4.3.1 摄像头仿真

• 标签：描述传感器；

  • type{\rm type}type：传感器类型，camera{\rm camera}camera；
  • name{\rm name}name：摄像头命名，自由设置；

• 标签：描述摄像头参数；

  • 分辨率、编码格式、图像范围、噪音参数等；

• 标签：加载摄像头仿真插件libgazebo_ros_camera.so{\rm libgazebo\_ros\_camera.so}libgazebo_ros_camera.so；

  • 设置插件的命名空间、发布图像的话题、参考坐标系等；

• 摄像头仿真的.xacro{\rm .xacro}.xacro文件实例

  # camera_gazebo.xacro文件内容
  Gazebo/Black30.01.39626341280720R8G8B80.02300gaussian0.00.007true0.0/cameraimage_rawcamera_infocamera_link0.070.00.00.00.00.0
  

# 1.在~/willard_ws/src/mbot_description/urdf/xacro/sensors/下新建camera_gazebo.xacro文件，内容见上一代码块
touch camera_gazebo.xacro# 2.启动仿真环境
# view_mbot_with_camera_gazebo.launch内容见下一代码块
roslaunch mbot_gazebo view_mbot_with_camera_gazebo.launch# 3.查看图像
rqt_image_view# 4.启动键盘控制机器人移动
roslaunch mbot_teleop mbot_teleop.launch

# view_mbot_with_camera_gazebo.launch文件内容   

4.3.2 RGB-D摄像头(kinect)仿真

# 1.在~/willard_ws/src/mbot_description/urdf/xacro/sensors/下新建kinect_gazebo.xacro文件，内容见下一代码块
touch kinect_gazebo.xacro# 2.启动仿真环境
# view_mbot_with_kinect_gazebo.launch内容见下一代码块
roslaunch mbot_gazebo view_mbot_with_kinect_gazebo.launch# 3.查看图像
rosrun rviz rviz# 4.启动键盘控制机器人移动
roslaunch mbot_teleop mbot_teleop.launch

# kinect_gazebo.xacro文件内容
true20.0${60.0*M_PI/180.0}R8G8B86404800.058.0${prefix}true10rgb/image_rawdepth/image_rawdepth/pointsrgb/camera_infodepth/camera_info${prefix}_frame_optical0.10.00.00.00.00.00.4

# view_mbot_with_kinect_gazebo.launch文件内容   

仿真效果图：

4.3.3 激光雷达仿真

# 1.在~/willard_ws/src/mbot_description/urdf/xacro/sensors/下新建lidar_gazebo.xacro文件，内容见下一代码块
touch lidar_gazebo.xacro# 2.启动仿真环境
# view_mbot_with_laser_gazebo.launch内容见下一代码块
roslaunch mbot_gazebo view_mbot_with_laser_gazebo.launch# 3.查看图像
rosrun rviz rviz# 4.启动键盘控制机器人移动
roslaunch mbot_teleop mbot_teleop.launch

# lidar_gazebo.xacro文件内容
Gazebo/Black0 0 0 0 0 0false5.53601-330.106.00.01gaussian0.00.01/scanlaser_link

仿真效果图：