ROS2学习笔记汇总目录-CSDN博客

一、使用Gazebo加载URDF机器人模型

1.1安装Gazebo

具体步骤见：ubuntu安装 ROS/ROS2 + Gazebo（适用于ubuntu20.04和ubuntu22.04）_ros2安装gazebo-CSDN博客

1.2 启动Gazebo并启动ROS插件

（1）Ctrl+Alt+T打开终端：

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

（2）插件节点及其服务介绍

        使用指令查看节点列表：

ros2 node list

        查看节点对外服务列表：

ros2 service list

除去和参数相关的几个服务，可以看到另外三个特殊服务：

  • /spawn_entity，用于加载模型到gazebo中。
  • /get_model_list，用于获取模型列表。
  • /delete_entity，用于删除gazbeo中已经加载的模型。

        想要让gazebo显示出我们配置好的fishbot使用/spawn_entity来加载即可。

        查看服务接口类型：

ros2 service type /spawn_entity


ros2 interface show gazebo_msgs/srv/SpawnEntity

可以看到服务的请求内容包括：

  • string name ，需要加载的实体的名称 (可选的)。
  • string xml，实体的XML描述字符串, URDF或者SDF。
  • string robot_namespace ，产生的机器人和所有的ROS接口的命名空间，多机器人仿真的时候很有用。
  • geometry_msgs/Pose initial_pose ，机器人的初始化位置。
  • string reference_frame ，初始姿态是相对于该实体的frame定义的。如果保持"empty"或"world"或“map”，则使用 gazebo的world作为frame。如果指定了不存在的实体，则会返回错误

1.3 调用服务加载fishbot

（1）使用rqt服务请求工具

        打开终端，输入rqt:

rqt

        在插件选项Plugins中选择Services->Service Caller,然后再下拉框选择/spawn_entity服务，即可看到下面的界面。

（2）修改rqd中xml

        FishBot的URDF模型复制粘贴，放到 xml 中。

xml内容如下：

<?xml version="1.0"?>
<robot name="fishbot">


  <!-- Robot Footprint -->
  <link name="base_footprint"/>

  <joint name="base_joint" type="fixed">
    <parent link="base_footprint"/>
    <child link="base_link"/>
    <origin xyz="0.0 0.0 0.076" rpy="0 0 0"/>
  </joint>


  <!-- base link -->
  <link name="base_link">
  	<visual>
      <origin xyz="0 0 0.0" rpy="0 0 0"/>
      <geometry>
		<cylinder length="0.12" radius="0.10"/>
      </geometry>
      <material name="blue">
      	<color rgba="0.1 0.1 1.0 0.5" /> 
      </material>
    </visual>
    <collision>
      <origin xyz="0 0 0.0" rpy="0 0 0"/>
      <geometry>
		<cylinder length="0.12" radius="0.10"/>
      </geometry>
      <material name="blue">
      	<color rgba="0.1 0.1 1.0 0.5" /> 
      </material>
    </collision>
    <inertial>
      <mass value="0.2"/>
      <inertia ixx="0.0122666" ixy="0" ixz="0" iyy="0.0122666" iyz="0" izz="0.02"/>
    </inertial>
  </link>
    
  <!-- laser link -->
  <link name="laser_link">
    <visual>
      <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
      <geometry>
        <cylinder length="0.02" radius="0.02"/>
      </geometry>
      <material name="black">
        <color rgba="0.0 0.0 0.0 0.5" /> 
      </material>
    </visual>
    <collision>
      <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
      <geometry>
        <cylinder length="0.02" radius="0.02"/>
      </geometry>
      <material name="black">
        <color rgba="0.0 0.0 0.0 0.5" /> 
      </material>
    </collision>
    <inertial>
    <mass value="0.1"/>
      <inertia ixx="0.000190416666667" ixy="0" ixz="0" iyy="0.0001904" iyz="0" izz="0.00036"/>
    </inertial>
  </link>
  
  <!-- laser joint -->
  <joint name="laser_joint" type="fixed">
      <parent link="base_link" />
      <child link="laser_link" />
      <origin xyz="0 0 0.075" />
  </joint>

  <link name="imu_link">
  	<visual>
      <origin xyz="0 0 0.0" rpy="0 0 0"/>
      <geometry>
		    <box size="0.02 0.02 0.02"/>
      </geometry>
    </visual>
    <collision>
      <origin xyz="0 0 0.0" rpy="0 0 0"/>
      <geometry>
		    <box size="0.02 0.02 0.02"/>
      </geometry>
    </collision>
    <inertial>
      <mass value="0.1"/>
        <inertia ixx="0.000190416666667" ixy="0" ixz="0" iyy="0.0001904" iyz="0" izz="0.00036"/>
      </inertial>
  </link>

  <!-- imu joint -->
  <joint name="imu_joint" type="fixed">
      <parent link="base_link" />
      <child link="imu_link" />
      <origin xyz="0 0 0.02" />
  </joint>


  <link name="left_wheel_link">
      <visual>
        <origin xyz="0 0 0" rpy="1.57079 0 0"/>
        <geometry>
          <cylinder length="0.04" radius="0.032"/>
        </geometry>
          <material name="black">
            <color rgba="0.0 0.0 0.0 0.5" /> 
          </material>
      </visual>
      <collision>
        <origin xyz="0 0 0" rpy="1.57079 0 0"/>
        <geometry>
          <cylinder length="0.04" radius="0.032"/>
        </geometry>
          <material name="black">
            <color rgba="0.0 0.0 0.0 0.5" /> 
          </material>
      </collision>
      <inertial>
        <mass value="0.2"/>
          <inertia ixx="0.000190416666667" ixy="0" ixz="0" iyy="0.0001904" iyz="0" izz="0.00036"/>
        </inertial>
  </link>
    
  <link name="right_wheel_link">
      <visual>
        <origin xyz="0 0 0" rpy="1.57079 0 0"/>
        <geometry>
          <cylinder length="0.04" radius="0.032"/>
        </geometry>
          <material name="black">
            <color rgba="0.0 0.0 0.0 0.5" /> 
          </material>
      </visual>
      <collision>
        <origin xyz="0 0 0" rpy="1.57079 0 0"/>
        <geometry>
          <cylinder length="0.04" radius="0.032"/>
        </geometry>
          <material name="black">
            <color rgba="0.0 0.0 0.0 0.5" /> 
          </material>
      </collision>
      <inertial>
      <mass value="0.2"/>
      <inertia ixx="0.000190416666667" ixy="0" ixz="0" iyy="0.0001904" iyz="0" izz="0.00036"/>
    </inertial>
  </link>
    
  <joint name="left_wheel_joint" type="continuous">
      <parent link="base_link" />
      <child link="left_wheel_link" />
      <origin xyz="-0.02 0.10 -0.06" />
      <axis xyz="0 1 0" />
  </joint>

  <joint name="right_wheel_joint" type="continuous">
      <parent link="base_link" />
      <child link="right_wheel_link" />
      <origin xyz="-0.02 -0.10 -0.06" />
      <axis xyz="0 1 0" />
  </joint>

  <link name="caster_link">
      <visual>
        <origin xyz="0 0 0" rpy="1.57079 0 0"/>
        <geometry>
            <sphere radius="0.016"/>
        </geometry>
          <material name="black">
            <color rgba="0.0 0.0 0.0 0.5" /> 
          </material>
      </visual>
      <collision>
        <origin xyz="0 0 0" rpy="1.57079 0 0"/>
        <geometry>
            <sphere radius="0.016"/>
        </geometry>
          <material name="black">
            <color rgba="0.0 0.0 0.0 0.5" /> 
          </material>
      </collision>
      <inertial>
      <mass value="0.02"/>
      <inertia ixx="0.000190416666667" ixy="0" ixz="0" iyy="0.0001904" iyz="0" izz="0.00036"/>
    </inertial>
  </link>
    
  <joint name="caster_joint" type="fixed">
      <parent link="base_link" />
      <child link="caster_link" />
      <origin xyz="0.06 0.0 -0.076" />
      <axis xyz="0 1 0" />
  </joint>



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

  <gazebo reference="caster_link">
    <mu1 value="0.0"/>
    <mu2 value="0.0"/>
    <kp value="1000000.0" />
    <kd value="10.0" />
    <!-- <fdir1 value="0 0 1"/> -->
  </gazebo>


  <gazebo>
    <plugin name='diff_drive' filename='libgazebo_ros_diff_drive.so'>
          <ros>
            <namespace>/</namespace>
            <remapping>cmd_vel:=cmd_vel</remapping>
            <remapping>odom:=odom</remapping>
          </ros>
          <update_rate>30</update_rate>
          <!-- wheels -->
          <!-- <left_joint>left_wheel_joint</left_joint> -->
          <!-- <right_joint>right_wheel_joint</right_joint> -->
          <left_joint>left_wheel_joint</left_joint>
          <right_joint>right_wheel_joint</right_joint>
          <!-- kinematics -->
          <wheel_separation>0.2</wheel_separation>
          <wheel_diameter>0.065</wheel_diameter>
          <!-- limits -->
          <max_wheel_torque>20</max_wheel_torque>
          <max_wheel_acceleration>1.0</max_wheel_acceleration>
          <!-- output -->
          <publish_odom>true</publish_odom>
          <publish_odom_tf>true</publish_odom_tf>
          <publish_wheel_tf>false</publish_wheel_tf>
          <odometry_frame>odom</odometry_frame>
          <robot_base_frame>base_footprint</robot_base_frame>
      </plugin>


      <plugin name="fishbot_joint_state" filename="libgazebo_ros_joint_state_publisher.so">
        <ros>
          <remapping>~/out:=joint_states</remapping>
        </ros>
        <update_rate>30</update_rate>
        <joint_name>right_wheel_joint</joint_name>
        <joint_name>left_wheel_joint</joint_name>
      </plugin>    
      </gazebo> 

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

    <gazebo reference="imu_link">
      <sensor name="imu_sensor" type="imu">
      <plugin filename="libgazebo_ros_imu_sensor.so" name="imu_plugin">
          <ros>
            <namespace>/</namespace>
            <remapping>~/out:=imu</remapping>
          </ros>
          <initial_orientation_as_reference>false</initial_orientation_as_reference>
        </plugin>
        <always_on>true</always_on>
        <update_rate>100</update_rate>
        <visualize>true</visualize>
        <imu>
          <angular_velocity>
            <x>
              <noise type="gaussian">
                <mean>0.0</mean>
                <stddev>2e-4</stddev>
                <bias_mean>0.0000075</bias_mean>
                <bias_stddev>0.0000008</bias_stddev>
              </noise>
            </x>
            <y>
              <noise type="gaussian">
                <mean>0.0</mean>
                <stddev>2e-4</stddev>
                <bias_mean>0.0000075</bias_mean>
                <bias_stddev>0.0000008</bias_stddev>
              </noise>
            </y>
            <z>
              <noise type="gaussian">
                <mean>0.0</mean>
                <stddev>2e-4</stddev>
                <bias_mean>0.0000075</bias_mean>
                <bias_stddev>0.0000008</bias_stddev>
              </noise>
            </z>
          </angular_velocity>
          <linear_acceleration>
            <x>
              <noise type="gaussian">
                <mean>0.0</mean>
                <stddev>1.7e-2</stddev>
                <bias_mean>0.1</bias_mean>
                <bias_stddev>0.001</bias_stddev>
              </noise>
            </x>
            <y>
              <noise type="gaussian">
                <mean>0.0</mean>
                <stddev>1.7e-2</stddev>
                <bias_mean>0.1</bias_mean>
                <bias_stddev>0.001</bias_stddev>
              </noise>
            </y>
            <z>
              <noise type="gaussian">
                <mean>0.0</mean>
                <stddev>1.7e-2</stddev>
                <bias_mean>0.1</bias_mean>
                <bias_stddev>0.001</bias_stddev>
              </noise>
            </z>
          </linear_acceleration>
        </imu>
      </sensor>
    </gazebo>

    <gazebo reference="laser_link">
      <sensor name="laser_sensor" type="ray">
      <always_on>true</always_on>
      <visualize>true</visualize>
      <update_rate>5</update_rate>
      <pose>0 0 0.075 0 0 0</pose>
      <ray>
          <scan>
            <horizontal>
              <samples>360</samples>
              <resolution>1.000000</resolution>
              <min_angle>0.000000</min_angle>
              <max_angle>6.280000</max_angle>
            </horizontal>
          </scan>
          <range>
            <min>0.120000</min>
            <max>3.5</max>
            <resolution>0.015000</resolution>
          </range>
          <noise>
            <type>gaussian</type>
            <mean>0.0</mean>
            <stddev>0.01</stddev>
          </noise>
      </ray>

      <plugin name="laserscan" filename="libgazebo_ros_ray_sensor.so">
        <ros>
          <!-- <namespace>/tb3</namespace> -->
          <remapping>~/out:=scan</remapping>
        </ros>
        <output_type>sensor_msgs/LaserScan</output_type>
        <frame_name>laser_link</frame_name>
      </plugin>
      </sensor>
    </gazebo>

</robot>

详细解析见：示例fishbot_gazebo.urdf代码解析-CSDN博客

        接着把原来的 xml 的 Expression 项的 "" 删掉，点击右上角的Call：

        就可以看到回应说成功把机器人导入gazebo了。

1.4 在不同位置加载多个机器人

（1）修改name和position的x坐标

        修改rqt中的参数，修改name为fishbot_0，然后修改位置，让第二个机器人和第一个相距1m的地方生产（修改position的x为1.0）。

（2）点击Call

        发现多出了一个机器人，距离刚好是在X轴（红色）1米（一个小格子一米）处。

1.5 查询和删除机器人

（1）切换/get_model_list

        切换Service栏为/get_model_list，点击Call。

        查到了三个模型，一个ground_plane（大地），一个fishbot，一个fishbot_0。

（2）切换/delete_entity

        切换Service栏为/delete_entity，点击Call。

        在Topic栏中name一行的 "" 修改为fishbot_0, 点击Call，回收0号fishbot。

        观察gazebo发现机器人已回收。

二、将启动gazebo和生产fishbot写成launch文件

2.1 创建launch文件

        在工作空间下打开终端：

 touch src/fishbot_description/launch/gazebo.launch.py

可以使用指令 tree 查看结构：

2.2 编写launch文件

（1）编写启动gazebo的launch节点

        可以将“启动gazebo命令”写成一个launch节点：

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

        上面我们加载机器人是直接将XML格式的URDF复制过去进行加载的，这样很不方便，我们可以使用gazebo_ros为我们提供好的一个叫做spawn_entity.py节点，该节点支持从文件地址直接生产机器人到Gazebo。

        spawn_entity.py节点需要两个参数，一个机器人的模型名字和urdf的文件地址:

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

（2）编写完整launch文件

nano 
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

2.3 编译和测试

（1）编译

       在工作空间下打开终端：

colcon build --packages-select fishbot_description

注意：

（1） spawn_entity.py需要安装numpy：

pip install numpy

（2）在urdf文件夹下新建fishbot_gazebo.urdf

touch src/fishbot_description/urdf/fishbot_gazebo.urdf
nano src/fishbot_description/urdf/fishbot_gazebo.urdf
<?xml version="1.0"?>
<robot name="fishbot">


  <!-- Robot Footprint -->
  <link name="base_footprint"/>

  <joint name="base_joint" type="fixed">
    <parent link="base_footprint"/>
    <child link="base_link"/>
    <origin xyz="0.0 0.0 0.076" rpy="0 0 0"/>
  </joint>


  <!-- base link -->
  <link name="base_link">
  	<visual>
      <origin xyz="0 0 0.0" rpy="0 0 0"/>
      <geometry>
		<cylinder length="0.12" radius="0.10"/>
      </geometry>
      <material name="blue">
      	<color rgba="0.1 0.1 1.0 0.5" /> 
      </material>
    </visual>
    <collision>
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      <geometry>
		<cylinder length="0.12" radius="0.10"/>
      </geometry>
      <material name="blue">
      	<color rgba="0.1 0.1 1.0 0.5" /> 
      </material>
    </collision>
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    </inertial>
  </link>
    
  <!-- laser link -->
  <link name="laser_link">
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      <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
      <geometry>
        <cylinder length="0.02" radius="0.02"/>
      </geometry>
      <material name="black">
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    </visual>
    <collision>
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  </link>
  
  <!-- laser joint -->
  <joint name="laser_joint" type="fixed">
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  </joint>

  <link name="imu_link">
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  </link>

  <!-- imu joint -->
  <joint name="imu_joint" type="fixed">
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  <link name="left_wheel_link">
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  <link name="right_wheel_link">
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  <joint name="left_wheel_joint" type="continuous">
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      <origin xyz="-0.02 0.10 -0.06" />
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  </joint>

  <joint name="right_wheel_joint" type="continuous">
      <parent link="base_link" />
      <child link="right_wheel_link" />
      <origin xyz="-0.02 -0.10 -0.06" />
      <axis xyz="0 1 0" />
  </joint>

  <link name="caster_link">
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        <origin xyz="0 0 0" rpy="1.57079 0 0"/>
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        </geometry>
          <material name="black">
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      <collision>
        <origin xyz="0 0 0" rpy="1.57079 0 0"/>
        <geometry>
            <sphere radius="0.016"/>
        </geometry>
          <material name="black">
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          </material>
      </collision>
      <inertial>
      <mass value="0.02"/>
      <inertia ixx="0.000190416666667" ixy="0" ixz="0" iyy="0.0001904" iyz="0" izz="0.00036"/>
    </inertial>
  </link>
    
  <joint name="caster_joint" type="fixed">
      <parent link="base_link" />
      <child link="caster_link" />
      <origin xyz="0.06 0.0 -0.076" />
      <axis xyz="0 1 0" />
  </joint>



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    <material>Gazebo/Black</material>
  </gazebo>

  <gazebo reference="caster_link">
    <mu1 value="0.0"/>
    <mu2 value="0.0"/>
    <kp value="1000000.0" />
    <kd value="10.0" />
    <!-- <fdir1 value="0 0 1"/> -->
  </gazebo>


  <gazebo>
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            <namespace>/</namespace>
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          </ros>
          <update_rate>30</update_rate>
          <!-- wheels -->
          <!-- <left_joint>left_wheel_joint</left_joint> -->
          <!-- <right_joint>right_wheel_joint</right_joint> -->
          <left_joint>left_wheel_joint</left_joint>
          <right_joint>right_wheel_joint</right_joint>
          <!-- kinematics -->
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          <!-- limits -->
          <max_wheel_torque>20</max_wheel_torque>
          <max_wheel_acceleration>1.0</max_wheel_acceleration>
          <!-- output -->
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          <publish_odom_tf>true</publish_odom_tf>
          <publish_wheel_tf>false</publish_wheel_tf>
          <odometry_frame>odom</odometry_frame>
          <robot_base_frame>base_footprint</robot_base_frame>
      </plugin>


      <plugin name="fishbot_joint_state" filename="libgazebo_ros_joint_state_publisher.so">
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          <remapping>~/out:=joint_states</remapping>
        </ros>
        <update_rate>30</update_rate>
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      </plugin>    
      </gazebo> 

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

    <gazebo reference="imu_link">
      <sensor name="imu_sensor" type="imu">
      <plugin filename="libgazebo_ros_imu_sensor.so" name="imu_plugin">
          <ros>
            <namespace>/</namespace>
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          <initial_orientation_as_reference>false</initial_orientation_as_reference>
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        <visualize>true</visualize>
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            <z>
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                <bias_stddev>0.001</bias_stddev>
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        </imu>
      </sensor>
    </gazebo>

    <gazebo reference="laser_link">
      <sensor name="laser_sensor" type="ray">
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      <visualize>true</visualize>
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          <range>
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            <type>gaussian</type>
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      </ray>

      <plugin name="laserscan" filename="libgazebo_ros_ray_sensor.so">
        <ros>
          <!-- <namespace>/tb3</namespace> -->
          <remapping>~/out:=scan</remapping>
        </ros>
        <output_type>sensor_msgs/LaserScan</output_type>
        <frame_name>laser_link</frame_name>
      </plugin>
      </sensor>
    </gazebo>

</robot>

（2）运行

source install/setup.bash
ros2 launch fishbot_description gazebo.launch.py

如果运行后Gazebo打开却没有机器人模型，可能是使用虚拟机的问题，在ubuntu双系统下按照以上操作能够正常加载模型。

学习：【ROS2机器人入门到实战】使用gazebo加载URDF_gazebo加载urdf文件-CSDN博客

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