Gazebo仿真学习——2.为Gazebo中的机器人添加实用插件

2023-05-16

Gazebo plugins in ROS

1. 要了解
2. 插件类型
3. 添加一个ModelPlugin
4. 添加一个SensorPlugin
5. gazebo_plugins中的所有可用插件
- 5.1 Camera
- 5.2 GPU Laser（激光测距传感器）
- 5.3 Laser
- 5.4 其他

1. 要了解

Gazebo插件为URDF模型提供了更大的功能，并且可以将ROS消息和服务调用捆绑在一起以用于传感器输出和电动机输入。

2. 插件类型

凉亭支持几种插件类型，它们都可以连接到ROS，但是只能通过URDF文件引用几种类型：

ModelPlugins，提供对Physical :: Model API的访问
SensorPlugins，用于提供对传感器的访问：: Sensor API
VisualPlugins，提供对render :: Visual API的访问

3. 添加一个ModelPlugin

把ModelPlugin插入< robot >元素内的URDF中，它包含有< gazebo >标签，以指示传递给Gazebo的信息。

<robot>
  ... robot description ...
  <gazebo>
    <plugin name="differential_drive_controller" filename="libdiffdrive_plugin.so">
      ... plugin parameters ...
    </plugin>
  </gazebo>
  ... robot description ...
</robot>

在凉亭内加载机器人模型后，将为diffdrive_plugin代码提供对模型本身的引用，以允许其进行操作。

4. 添加一个SensorPlugin

指定传感器插件的时候，Gazebo中的传感器应该连接到link上，所以描述该传感器的< gazebo >必须被赋予对该link的引用。

<robot>
  ... robot description ...
  <link name="sensor_link">
    ... link description ...
  </link>

  <gazebo reference="sensor_link">
    <sensor type="camera" name="camera1">
      ... sensor parameters ...
      <plugin name="camera_controller" filename="libgazebo_ros_camera.so">
        ... plugin parameters ..
      </plugin>
    </sensor>
  </gazebo>

</robot>

如果在凉亭内加载机器人模型，camera_controller代码将被赋予对传感器的引用，从而可以访问其API。

5. gazebo_plugins中的所有可用插件

每个部分的名称都是从插件类名称派生的。例如，“ Block Laser”来自GazeboRosBlockLaser类，可以在文件gazebo_plugins / src / gazebo_ros_block_laser.cpp中找到。

5.1 Camera

描述：提供了ROS接口，用于通过发布sensor_msgs中所述的CameraInfo和Image ROS消息来模拟wge100_camera之类的摄像机。

示例：在RRBot摆臂末端安装了RGB相机，link3上边的红色框表示相机。
在这里插入图片描述

  <joint name="camera_joint" type="fixed">
    <axis xyz="0 1 0" />
    <origin xyz="${camera_link} 0 ${height3 - axel_offset*2}" rpy="0 0 0"/>
    <parent link="link3"/>
    <child link="camera_link"/>
  </joint>

  <!-- Camera -->
  <link name="camera_link">
    <collision>
      <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
      <geometry>
	<box size="${camera_link} ${camera_link} ${camera_link}"/>
      </geometry>
    </collision>

    <visual>
      <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
      <geometry>
	<box size="${camera_link} ${camera_link} ${camera_link}"/>
      </geometry>
      <material name="red"/>
    </visual>

    <inertial>
      <mass value="1e-5" />
      <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
      <inertia ixx="1e-6" ixy="0" ixz="0" iyy="1e-6" iyz="0" izz="1e-6" />
    </inertial>
  </link>

Gazebo插件提供了摄像头功能，把图像发布到ROS消息中，在rrbot.gazebo中：

  <!-- camera -->
  <gazebo reference="camera_link">
    <sensor type="camera" name="camera1">
      <update_rate>30.0</update_rate>
      <camera name="head">
        <horizontal_fov>1.3962634</horizontal_fov>
        <image>
          <width>800</width>
          <height>800</height>
          <format>R8G8B8</format>
        </image>
        <clip>
          <near>0.02</near>
          <far>300</far>
        </clip>
        <noise>
          <type>gaussian</type>
          <!-- Noise is sampled independently per pixel on each frame.
               That pixel's noise value is added to each of its color
               channels, which at that point lie in the range [0,1]. -->
          <mean>0.0</mean>
          <stddev>0.007</stddev>
        </noise>
      </camera>
      <plugin name="camera_controller" filename="libgazebo_ros_camera.so">
        <alwaysOn>true</alwaysOn>
        <updateRate>0.0</updateRate>
        <cameraName>rrbot/camera1</cameraName>
        <imageTopicName>image_raw</imageTopicName>
        <cameraInfoTopicName>camera_info</cameraInfoTopicName>
        <frameName>camera_link_optical</frameName>
        <!-- setting hackBaseline to anything but 0.0 will cause a misalignment
            between the gazebo sensor image and the frame it is supposed to
            be attached to -->
        <hackBaseline>0.0</hackBaseline>
        <distortionK1>0.0</distortionK1>
        <distortionK2>0.0</distortionK2>
        <distortionK3>0.0</distortionK3>
        <distortionT1>0.0</distortionT1>
        <distortionT2>0.0</distortionT2>
        <CxPrime>0</CxPrime>
        <Cx>0.0</Cx>
        <Cy>0.0</Cy>
        <focalLength>0.0</focalLength>
      </plugin>
    </sensor>
  </gazebo>

Gazebo内每秒拍摄一次新相机图像的次数：

<update_rate>30.0</update_rate>

假定像素为正方形，填写这些值以匹配物理相机的规格，近片段和远片段是特定于仿真的参数，为摄像机在仿真中可以看到对象的距离提供了上限和下限。：

        <horizontal_fov>1.3962634</horizontal_fov>
        <image>
          <width>800</width>
          <height>800</height>
          <format>R8G8B8</format>
        </image>
        <clip>
          <near>0.02</near>
          <far>300</far>
        </clip>

实际的gazebo_ros / gazebo_ros_camera.cpp文件在此处链接为共享对象：

      <plugin name="camera_controller" filename="libgazebo_ros_camera.so">

这里为图像主题和相机信息主题定义了相机将发布到的rostopic：

        <cameraName>rrbot/camera1</cameraName>
        <imageTopicName>image_raw</imageTopicName>
        <cameraInfoTopicName>camera_info</cameraInfoTopicName>

它们分别为：

/rrbot/camera1/image_raw
/rrbot/camera1/camera_info

图像在tf树中发布的坐标框架：

        <frameName>camera_link_optical</frameName>

测试一下

roslaunch rrbot_gazebo rrbot_world.launch
roslaunch rrbot_description rrbot_rviz.launch

在Gazebo中添加一座房子，Camera传回图像：
在这里插入图片描述

5.2 GPU Laser（激光测距传感器）

通过广播LaserScan消息来模拟激光测距传感器，在RRBot中：

  <joint name="hokuyo_joint" type="fixed">
    <axis xyz="0 1 0" />
    <origin xyz="0 0 ${height3 - axel_offset/2}" rpy="0 0 0"/>
    <parent link="link3"/>
    <child link="hokuyo_link"/>
  </joint>

  <!-- Hokuyo Laser -->
  <link name="hokuyo_link">
    <collision>
      <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
      <geometry>
	<box size="0.1 0.1 0.1"/>
      </geometry>
    </collision>

    <visual>
      <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
      <geometry>
        <mesh filename="package://rrbot_description/meshes/hokuyo.dae"/>
      </geometry>
    </visual>

    <inertial>
      <mass value="1e-5" />
      <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
      <inertia ixx="1e-6" ixy="0" ixz="0" iyy="1e-6" iyz="0" izz="1e-6" />
    </inertial>
  </link>

从代码看出：这次使用的是网格物体，而不是仅使用可视模型的矩形：

        <mesh filename="package://rrbot_description/meshes/hokuyo.dae"/>

同理，将其信息添加到rrbot.gazebo中：

  <!-- hokuyo -->
  <gazebo reference="hokuyo_link">
    <sensor type="gpu_ray" name="head_hokuyo_sensor">
      <pose>0 0 0 0 0 0</pose>
      <visualize>false</visualize>
      <update_rate>40</update_rate>
      <ray>
        <scan>
          <horizontal>
            <samples>720</samples>
            <resolution>1</resolution>
            <min_angle>-1.570796</min_angle>
            <max_angle>1.570796</max_angle>
          </horizontal>
        </scan>
        <range>
          <min>0.10</min>
          <max>30.0</max>
          <resolution>0.01</resolution>
        </range>
        <noise>
          <type>gaussian</type>
          <!-- Noise parameters based on published spec for Hokuyo laser
               achieving "+-30mm" accuracy at range < 10m.  A mean of 0.0m and
               stddev of 0.01m will put 99.7% of samples within 0.03m of the true
               reading. -->
          <mean>0.0</mean>
          <stddev>0.01</stddev>
        </noise>
      </ray>
      <plugin name="gazebo_ros_head_hokuyo_controller" filename="libgazebo_ros_gpu_laser.so">
        <topicName>/rrbot/laser/scan</topicName>
        <frameName>hokuyo_link</frameName>
      </plugin>
    </sensor>
  </gazebo>

这里如果为true，则在gpu激光的扫描区域内可以看到半透明的激光射线：

      <visualize>false</visualize>

将这些设置为将激光扫描发布到的ROS主题名称，以及TF使用的转换框架：

        <topicName>/rrbot/laser/scan</topicName>
        <frameName>hokuyo_link</frameName>

测试一下

roslaunch rrbot_gazebo rrbot.launch
roslaunch rrbot_description rrbot_rviz.launch

5.3 Laser

非GPU版本的GPU Laser，但本质上使用相同的代码，将：

    <sensor type="gpu_ray" name="head_hokuyo_sensor">

替换为：

    <sensor type="ray" name="head_hokuyo_sensor">

将：

      <plugin name="gazebo_ros_head_hokuyo_controller" filename="libgazebo_ros_gpu_laser.so">

替换为：

      <plugin name="gazebo_ros_head_hokuyo_controller" filename="libgazebo_ros_laser.so">

5.4 其他

Multicamera
Depth Camera
Openni Kinect
Block Laser
IMU (GazeboRosImu)
IMU sensor (GazeboRosImuSensor)
Joint Pose Trajectory
P3D (3D Position Interface for Ground Truth)
Projector
Prosilica Camera
Bumper
Differential Drive
Skid Steering Drive
Video Plugin
Planar Move Plugin
Template

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