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ROS入门教程（五）—— RViz仿真

2023-05-16

上篇文章我们介绍了URDF文件的导出，本文将继上文介绍安装完导出URDF文件后，如何在机器人操作系统(ROS)中显示，并且让它动起来。

目录

前言

RViz机器人模型可视化

launch启动RViz配置文件

Arbotix控制机器人模型运动

前言

ROS中提供了Gazebo与RViz两种仿真软件，本文将机器人模型在RViz仿真环境中可视化，同时利用Arbotix功能包使机器人完成圆周运动。

RViz机器人模型可视化

step1.创建工作空间

Ctrl+Alt+T打开终端分别输入：

mkdir -p helloworld/src
cd helloworld
catkin_make

其中robot_ws为我们命名的工作空间名称，catkin_make是一个编译命令，该编译命令会帮我们创建好我们所需的文件并输出若干日志，成功结果如下：

step2.创建功能包

继续在该终端输入：【启动VS Code】

code .

右键一级src目录选择Create Catkin Package【创建功能包】

输入功能包名称【robot】再输入依赖【urdf xacro】创建结果如下

step1～2若出现问题请学习参考ROS入门教程（三）—— 用C++实现Hello world

step3.覆盖原功能包

将刚新建的robot功能包删除，替换为我们利用sw2urdf插件导出的robot功能包，如下所示：

​

成功结果如下，功能包中包含display.launch文件与robot.urdf文件：

​

为了美观可以将base_link ，left_wheel_link 与right_wheel_link的color标签进行修改，即将34行改为"1 1 1 1"，将74行与132行改为"0.412 0.412 0.412 1"，结果如下所示：【Ctrl+S保存】

​

step4.运行launch文件

按Ctrl+Shift+B执行编译命令，结果如下：

​

按Ctrl+Shift+~启动命令行分别输入:

source ./devel/setup.bash
roslaunch robot display.launch

结果如下所示：

​

step5.在RViz中添加机器人模型

​

step6.修改大地坐标

​

这样我们就成功的在RViz中显示了我们的机器人模型，实现了机器人模型的可视化。

launch启动RViz配置文件

读者可以发现，每次打开RViz都需要添加机器人模型，重新设置大地坐标系这实在是过于复杂，RViz提供了配置文件以适用于不必每次打开都要重新配置RVi：

step1.保存配置文件

按Ctrl+Shift+S保存文件至robot功能包中的config文件夹中，命名为robot.rviz，如下所示：

​

step2.修改launch文件

将display.launch修改为以下：

<launch>
  <arg
    name="model" />
  <param
    name="robot_description"
    textfile="$(find robot)/urdf/robot.urdf" />
  <node
    name="joint_state_publisher_gui"
    pkg="joint_state_publisher_gui"
    type="joint_state_publisher_gui" />
  <node
    name="robot_state_publisher"
    pkg="robot_state_publisher"
    type="robot_state_publisher" />
  <node
    name="rviz"
    pkg="rviz"
    type="rviz"
    args="-d $(find robot)/config/robot.rviz" />
</launch>

这样每次运行该launch文件去启动RViz时就无需添加机器人模型与修改大地坐标了。

Arbotix控制机器人模型运动

step1.安装Arbotix功能包

按Ctrl+Alt+T打开终端输入：

sudo apt install ros-melodic-arbotix

step2.配置yaml文件

在robot功能包下config文件夹中新建文件robot.yaml输入以下：

# 该文件是控制器配置,一个机器人模型可能有多个控制器，比如: 底盘、机械臂、夹持器(机械手)....
# 因此，根 name 是 controller
controllers: {
   # 单控制器设置
   base_controller: {
          #类型: 差速控制器
       type: diff_controller,
       #参考坐标
       base_frame_id: base_footprint, 
       #两个轮子之间的间距
       base_width: 0.2,
       #控制频率
       ticks_meter: 2000, 
       #PID控制参数，使机器人车轮快速达到预期速度
       Kp: 12, 
       Kd: 12, 
       Ki: 0, 
       Ko: 50, 
       #加速限制
       accel_limit: 1.0 
    }
}

 结果如下所示：

​

step3.修改URDF与launch文件

将robot功能包下urdf文件夹中的robot.urdf修改为以下：

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<!-- This URDF was automatically created by SolidWorks to URDF Exporter! Originally created by Stephen Brawner (brawner@gmail.com) 
     Commit Version: 1.6.0-4-g7f85cfe  Build Version: 1.6.7995.38578
     For more information, please see http://wiki.ros.org/sw_urdf_exporter -->
<robot
  name="robot">
  <link
    name="base_footprint">
    <visual>
      <geometry>
        <sphere
          radius="0.001" />
      </geometry>
      <material
        name="">
        <color
          rgba="0 0 0 0" />
      </material>
    </visual>
  </link>
  <link
    name="base_link">
    <inertial>
      <origin
        xyz="0.00274864430655652 -2.24752503383601E-12 -0.000346282886867658"
        rpy="0 0 0" />
      <mass
        value="0.778495474667087" />
      <inertia
        ixx="0.00463138328383945"
        ixy="1.02152303406231E-11"
        ixz="1.71833341358258E-06"
        iyy="0.00512425828608217"
        iyz="4.71562842897777E-15"
        izz="0.00973908576728839" />
    </inertial>
    <visual>
      <origin
        xyz="0 0 0"
        rpy="0 0 0" />
      <geometry>
        <mesh
          filename="package://robot/meshes/base_link.STL" />
      </geometry>
      <material
        name="">
        <color
          rgba="1 1 1 1" />
      </material>
    </visual>
    <collision>
      <origin
        xyz="0 0 0"
        rpy="0 0 0" />
      <geometry>
        <mesh
          filename="package://robot/meshes/base_link.STL" />
      </geometry>
    </collision>
  </link>
  <joint
    name="base_link2base_footprint"
    type="fixed">
        <parent
          link="base_footprint" />
        <child
          link="base_link" />
        <origin
          xyz="0 0 0.035" />
  </joint>
  <link
    name="right_wheel_link">
    <inertial>
      <origin
        xyz="-4.81191200834309E-07 0.000476524651415774 1.07685290749495E-07"
        rpy="0 0 0" />
      <mass
        value="0.0474080147774195" />
      <inertia
        ixx="1.81764508915246E-05"
        ixy="1.12230898220564E-10"
        ixz="9.35470362535892E-11"
        iyy="3.36082622230467E-05"
        iyz="-1.04867422246077E-10"
        izz="1.81763222441443E-05" />
    </inertial>
    <visual>
      <origin
        xyz="0 0 0"
        rpy="0 0 0" />
      <geometry>
        <mesh
          filename="package://robot/meshes/right_wheel_link.STL" />
      </geometry>
      <material
        name="">
        <color
          rgba="0.412 0.412 0.412 1" />
      </material>
    </visual>
    <collision>
      <origin
        xyz="0 0 0"
        rpy="0 0 0" />
      <geometry>
        <mesh
          filename="package://robot/meshes/right_wheel_link.STL" />
      </geometry>
    </collision>
  </link>
  <joint
    name="right_wheel_joint"
    type="continuous">
    <origin
      xyz="0 0.09545 0"
      rpy="0 0 0" />
    <parent
      link="base_link" />
    <child
      link="right_wheel_link" />
    <axis
      xyz="0 1 0" />
    <limit
      lower="-3.14"
      upper="3.14"
      effort="0"
      velocity="0" />
  </joint>
  <link
    name="left_wheel_link">
    <inertial>
      <origin
        xyz="4.90089018379602E-07 -0.000476524651415788 5.43493115676996E-08"
        rpy="0 0 0" />
      <mass
        value="0.0474080147774195" />
      <inertia
        ixx="1.81764289862563E-05"
        ixy="1.23038640102816E-10"
        ixz="-1.05305567709027E-10"
        iyy="3.36082622230468E-05"
        iyz="9.19480494971147E-11"
        izz="1.81763441494127E-05" />
    </inertial>
    <visual>
      <origin
        xyz="0 0 0"
        rpy="0 0 0" />
      <geometry>
        <mesh
          filename="package://robot/meshes/left_wheel_link.STL" />
      </geometry>
      <material
        name="">
        <color
          rgba="0.412 0.412 0.412 1" />
      </material>
    </visual>
    <collision>
      <origin
        xyz="0 0 0"
        rpy="0 0 0" />
      <geometry>
        <mesh
          filename="package://robot/meshes/left_wheel_link.STL" />
      </geometry>
    </collision>
  </link>
  <joint
    name="left_wheel_joint"
    type="continuous">
    <origin
      xyz="0 -0.09545 0"
      rpy="0 0 0" />
    <parent
      link="base_link" />
    <child
      link="left_wheel_link" />
    <axis
      xyz="0 1 0" />
    <limit
      lower="-3.14"
      upper="3.14"
      effort="0"
      velocity="0" />
  </joint>
</robot>

其中与之前的URDF文件相比，增加了部件base_footprint，将其与base_link连接，读者可以发现，增加base_footprint后机器人正好基于地面了，相比与之前更加的合理，同时也为后续的里程计提供了便利，对比结果如下：

​

​

在此建议读者以后每次建立URDF文件都添加部件base_footprint。

将robot功能包下launch文件夹中的display.launch修改为以下：

<launch>
  <arg
    name="model" />
  <param
    name="robot_description"
    textfile="$(find robot)/urdf/robot.urdf" />
  <node
    name="joint_state_publisher_gui"
    pkg="joint_state_publisher_gui"
    type="joint_state_publisher_gui" />
  <node
    name="robot_state_publisher"
    pkg="robot_state_publisher"
    type="robot_state_publisher" />
  <node
    name="rviz"
    pkg="rviz"
    type="rviz"
    args="-d $(find robot)/config/robot.rviz" />
  <node name="arbotix" pkg="arbotix_python" type="arbotix_driver" output="screen">
     <rosparam file="$(find robot)/config/robot.yaml" command="load" />
     <param name="sim" value="true" />
  </node>
</launch>

step4.在RViz中添加odom里程计

在VS Code集成命令行输入：

source ./devel/setup.bash
roslaunch robot display.launch

 修改大地坐标为odom并添加odom里程计至RViz中：

​

​

step6.发布消息

按Ctrl+Alt+T打开终端输入：

rostopic pub -r 10 /cmd_vel geometry_msgs/Twist "linear:
  x: 1.0
  y: 0.0
  z: 0.0
angular:
  x: 0.0
  y: 0.0
  z: 1.0"

该代码段的旨在10HZ 的频率循环发送运动信息至订阅者，成功结果如下：

​

到这里我们就完成了通过Arbotix功能包实现了机器人模型的运动。

文章预告：ROS入门教程（六）—— Gazebo仿真

资料来源：奥特学院（Autolabor）

商业转载请联系官方授权，非商业转载请注明出处。

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