柚子快報(bào)激活碼778899分享：【ROS 06】機(jī)器人系統(tǒng)仿真

http://yzkb.51969.com/

對于ROS新手而言，可能會有疑問:學(xué)習(xí)機(jī)器人操作系統(tǒng)，實(shí)體機(jī)器人是必須的嗎？答案是否定的，機(jī)器人一般價(jià)格不菲，為了降低機(jī)器人學(xué)習(xí)、調(diào)試成本，在ROS中提供了系統(tǒng)的機(jī)器人仿真實(shí)現(xiàn)，通過仿真，可以實(shí)現(xiàn)大部分需求，本章主要就是圍繞“仿真”展開的，比如，本章會介紹:

如何創(chuàng)建并顯示機(jī)器人模型；(urdf)如何搭建仿真環(huán)境；Gazebo如何實(shí)現(xiàn)機(jī)器人模型與仿真環(huán)境的交互。Rviz

本章預(yù)期的學(xué)習(xí)目標(biāo)如下:

能夠獨(dú)立使用URDF創(chuàng)建機(jī)器人模型，并在Rviz和Gazebo中分別顯示；能夠使用Gazebo搭建仿真環(huán)境；能夠使用機(jī)器人模型中的傳感器(雷達(dá)、攝像頭、編碼器...)獲取仿真環(huán)境數(shù)據(jù)。

案例演示:

1.創(chuàng)建并顯示機(jī)器人模型

?2.仿真環(huán)境搭建

3.控制機(jī)器人運(yùn)動

?

4.雷達(dá)仿真

?5.攝像頭仿真

?

1 概述

機(jī)器人操作系統(tǒng)學(xué)習(xí)、開發(fā)與測試過程中，會遇到諸多問題，比如:

場景1:機(jī)器人一般價(jià)格不菲，學(xué)習(xí)ROS要購買一臺機(jī)器人嗎？

場景2:機(jī)器人與之交互的外界環(huán)境具有多樣性，如何實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的環(huán)境設(shè)計(jì)？

場景3:測試時(shí)，直接將未經(jīng)驗(yàn)證的程序部署到實(shí)體機(jī)器人運(yùn)行，安全嗎？

...

在諸如此類的場景中，ROS中的仿真就顯得尤為重要了。

1.1?概念

機(jī)器人系統(tǒng)仿真：是通過計(jì)算機(jī)對實(shí)體機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行模擬的技術(shù)，在 ROS 中，仿真實(shí)現(xiàn)涉及的內(nèi)容主要有三:對機(jī)器人建模(URDF)、創(chuàng)建仿真環(huán)境(Gazebo)以及感知環(huán)境(Rviz)等系統(tǒng)性實(shí)現(xiàn)。

1.2?作用

1.2.1 仿真優(yōu)勢

仿真在機(jī)器人系統(tǒng)研發(fā)過程中占有舉足輕重的地位，在研發(fā)與測試中較之于實(shí)體機(jī)器人實(shí)現(xiàn)，仿真有如下幾點(diǎn)的顯著優(yōu)勢:

1.低成本:當(dāng)前機(jī)器人成本居高不下，動輒幾十萬，仿真可以大大降低成本，減小風(fēng)險(xiǎn)

2.高效:搭建的環(huán)境更為多樣且靈活，可以提高測試效率以及測試覆蓋率

3.高安全性:仿真環(huán)境下，無需考慮耗損問題

1.2.2 仿真缺陷

機(jī)器人在仿真環(huán)境與實(shí)際環(huán)境下的表現(xiàn)差異較大，換言之，仿真并不能完全做到模擬真實(shí)的物理世界，存在一些"失真"的情況，原因:

1.仿真器所使用的物理引擎目前還不能夠完全精確模擬真實(shí)世界的物理情況

2.仿真器構(gòu)建的是關(guān)節(jié)驅(qū)動器（電機(jī)&齒輪箱）、傳感器與信號通信的絕對理想情況，目前不支持模擬實(shí)際硬件缺陷或者一些臨界狀態(tài)等情形

1.3 相關(guān)組件

1.3.1 URDF

URDF是 Unified Robot Description Format 的首字母縮寫，直譯為統(tǒng)一(標(biāo)準(zhǔn)化)機(jī)器人描述格式，可以以一種 XML 的方式描述機(jī)器人的部分結(jié)構(gòu)，比如底盤、攝像頭、激光雷達(dá)、機(jī)械臂以及不同關(guān)節(jié)的自由度.....,該文件可以被 C++ 內(nèi)置的解釋器轉(zhuǎn)換成可視化的機(jī)器人模型，是 ROS 中實(shí)現(xiàn)機(jī)器人仿真的重要組件

1.3.2 rviz

RViz 是 ROS Visualization Tool 的首字母縮寫，直譯為ROS的三維可視化工具。它的主要目的是以三維方式顯示ROS消息，可以將 數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化表達(dá)。例如:可以顯示機(jī)器人模型，可以無需編程就能表達(dá)激光測距儀（LRF）傳感器中的傳感 器到障礙物的距離，RealSense、Kinect或Xtion等三維距離傳感器的點(diǎn)云數(shù)據(jù)（PCD， Point Cloud Data），從相機(jī)獲取的圖像值等

以“ros- [ROS_DISTRO] -desktop-full”命令安裝ROS時(shí)，RViz會默認(rèn)被安裝。

運(yùn)行使用命令rviz或rosrun rviz rviz

如果rviz沒有安裝，請調(diào)用如下命令自行安裝:

sudo apt install ros-[ROS_DISTRO]-rviz

1.3.3 gazebo

Gazebo是一款3D動態(tài)模擬器，用于顯示機(jī)器人模型并創(chuàng)建仿真環(huán)境,能夠在復(fù)雜的室內(nèi)和室外環(huán)境中準(zhǔn)確有效地模擬機(jī)器人。與游戲引擎提供高保真度的視覺模擬類似，Gazebo提供高保真度的物理模擬，其提供一整套傳感器模型，以及對用戶和程序非常友好的交互方式。

以“ros- [ROS_DISTRO] -desktop-full”命令安裝ROS時(shí)，gzebo會默認(rèn)被安裝。

運(yùn)行使用命令gazebo或rosrun gazebo_ros gazebo

注意1:在 Ubuntu20.04 與 ROS Noetic 環(huán)境下，gazebo 啟動異常以及解決

問題1:VMware: vmw_ioctl_command error Invalid argument(無效的參數(shù)) 解決: echo "export SVGA_VGPU10=0" >> ~/.bashrc source .bashrc 問題2:[Err] [REST.cc:205] Error in REST request 解決:sudo gedit ~/.ignition/fuel/config.yaml 然后將url : https://api.ignitionfuel.org使用 # 注釋 再添加url: https://api.ignitionrobotics.org 問題3:啟動時(shí)拋出異常:[gazebo-2] process has died [pid xxx, exit code 255, cmd..... 解決:killall gzserver和killall gzclient

注意2:如果 gazebo沒有安裝，請自行安裝:

1.添加源:

sudo sh -c 'echo "deb http://packages.osrfoundation.org/gazebo/ubuntu-stable `lsb_release -cs` main"

>

/etc/apt/sources.list.d/gazebo-stable.list'

wget http://packages.osrfoundation.org/gazebo.key -O - | sudo apt-key add -

2.安裝：

sudo apt update

sudo apt install gazebo11

sudo apt install libgazebo11-dev

另請參考:

urdf - ROS Wiki rviz - ROS Wiki Gazebo : Tutorial : ROS overview

課程說明:

機(jī)器人的系統(tǒng)仿真是一種集成實(shí)現(xiàn)，主要包含三部分:

URDF 用于創(chuàng)建機(jī)器人模型 Gzebo 用于搭建仿真環(huán)境 Rviz 圖形化的顯示機(jī)器人各種傳感器感知到的環(huán)境信息

三者應(yīng)用中，只是創(chuàng)建 URDF 意義不大，一般需要結(jié)合 Gazebo 或 Rviz 使用，在 Gazebo 或 Rviz 中可以將 URDF 文件解析為圖形化的機(jī)器人模型，一般的使用組合為:

如果非仿真環(huán)境，那么使用 URDF 結(jié)合 Rviz 直接顯示感知的真實(shí)環(huán)境信息 如果是仿真環(huán)境，那么需要使用 URDF 結(jié)合 Gazebo 搭建仿真環(huán)境，并結(jié)合 Rviz 顯示感知的虛擬環(huán)境信息

后續(xù)課程安排:

先介紹 URDF 與 Rviz 集成使用，在 Rviz 中只是顯示機(jī)器人模型，主要用于學(xué)習(xí) URDF 語法 再介紹 URDF 與 Gazebo 集成，主要學(xué)習(xí) URDF 仿真相關(guān)語法以及仿真環(huán)境搭建 最后集成 URDF 與 Gazebo 與 Rviz，實(shí)現(xiàn)綜合應(yīng)用

素材鏈接:

GitHub - zx595306686/sim_demo

?

柚子快報(bào)激活碼778899分享：【ROS 06】機(jī)器人系統(tǒng)仿真

http://yzkb.51969.com/

精彩內(nèi)容