Gazebo仿真小例程一（通过例程熟悉整个仿真步骤）

2023-05-16

1.编辑urdf文件。

（1）dynamic标签

（2）gazebo标签

（3）transmission标签

（4）ros_control插件

2.编辑yaml文件

3.编辑launch文件启动gazebo仿真环境

4.编写程序控制机器人关节往复运动

5.运行效果

6.全部源码地址

为了方便入门和理解，我们这里建立一个最简单的单关节机器人，以此来入门机器人的gazebo仿真。

1.编辑urdf文件。

首先，我们在solidworks里面新建好机器人模型，然后导出urdf文件。

导出了urdf文件之后呢，我们就需要给urdf文件重新修改了，首先直接修改文件名，在后面添加上.xacro后缀，改成了xacro文件。

里面有solidworks软件里面的插件（转urdf插件）自己生成的两个连杆(base_link和link_1)和一个关节(joint_1)。然后我们就需要给其添加gazebo仿真所需要的标签了。

（1）dynamic标签

这个标签主要涉及动力学。

改标签是link标签的子标签，因此这个标签添加在link标签下面，每个link都需要一个dynamic标签。这个标签我们设置两个属性，第一个属性damping是阻尼系数，我们设置为0.7，第二个标签是摩擦系数，我们设置为0.5.

<dynamic damping="0.7" friction="0.5"/>

（2）gazebo标签

这个标签主要设置连杆的颜色等属性。

  <gazebo reference="link_1">
    <material>Gazebo/Black</material>
  </gazebo>

（3）transmission标签

这个标签主要是设置关节驱动器，关节驱动器一般是电机，舵机这些，用于驱动关节，改变关节变量用的，每个活动关节都需要设置一个关节驱动电机，设置的每个关节驱动电机都需要和对应的关节绑定，以此来说明改驱动器驱动该关节。

  <transmission name="joint_1_trans">
    <type>transmission_interface/SimpleTransmission</type>
    <joint name="joint_1">
      <hardwareInterface>hardware_interface/PositionJointInterface</hardwareInterface>
    </joint>
    <actuator name="joint_1_motor">
      <hardwareInterface>hardware_interface/PositionJointInterface</hardwareInterface>
      <mechanicalReduction>1</mechanicalReduction>
    </actuator>
  </transmission>

（4）ros_control插件

此外我们还需要用gazebo标签来载入ros_control插件，由于我们整个驱动控制是基于ros_control做的，因此需要载入该插件，这个插件会给我们自动处理其余的任务，我们无需自己配置。

需要注意的是下面的<robotNamespace>标签，这个标签声明命名空间，这个需要留意一下。

  <gazebo>
    <plugin name="gazebo_ros_control" filename="libgazebo_ros_control.so">
      <robotNamespace>/gazebo_demo</robotNamespace>
      <robotSimType>gazebo_ros_control/DefaultRobotHWSim</robotSimType>
      <legacyModeNS>true</legacyModeNS>
    </plugin>
  </gazebo>

添加了这些之后，我们的urdf文件就修改好了。

修改好之后的urdf文件如下：

<?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: 1.5.1-0-g916b5db  Build Version: 1.5.7152.31018

     For more information, please see http://wiki.ros.org/sw_urdf_exporter -->

<robot

  name="gazebo_demo">

  <link

    name="base_link">

    <inertial>

      <origin

        xyz="0 9.74542958129844E-19 -4.31390337655099E-18"

        rpy="0 0 0" />

      <mass

        value="6.99004365423729" />

      <inertia

        ixx="0.0101938136624294"

        ixy="0"

        ixz="-3.37700910261971E-35"

        iyy="0.0101938136624294"

        iyz="-8.16962303997948E-35"

        izz="0.00873755456779662" />

    </inertial>

    <visual>

      <origin

        xyz="0 0 0"

        rpy="0 0 0" />

      <geometry>

        <mesh

          filename="package://gazebo_demo/meshes/base_link.STL" />

      </geometry>

      <material

        name="">

        <color

          rgba="0.537254901960784 0.349019607843137 0.337254901960784 1" />

      </material>

    </visual>

    <collision>

      <origin

        xyz="0 0 0"

        rpy="0 0 0" />

      <geometry>

        <mesh

          filename="package://gazebo_demo/meshes/base_link.STL" />

      </geometry>

    </collision>
  <dynamic damping="0.7" friction="0.5"/>

  </link>
  <gazebo reference="base_link">
    <material>Gazebo/Black</material>
  </gazebo>

  <link

    name="link_1">

    <inertial>

      <origin

        xyz="0.1 -1.86377227087894E-19 -1.38777878078145E-17"

        rpy="0 0 0" />

      <mass

        value="1.12492033114729" />

      <inertia

        ixx="0.000798459868114599"

        ixy="1.67727625611222E-20"

        ixz="8.85083255431749E-21"

        iyy="0.00679752984625413"

        iyz="9.66746937132908E-21"

        izz="0.00712727290972403" />

    </inertial>

    <visual>

      <origin

        xyz="0 0 0"

        rpy="0 0 0" />

      <geometry>

        <mesh

          filename="package://gazebo_demo/meshes/link_1.STL" />

      </geometry>

      <material

        name="">

        <color

          rgba="1 1 1 0.32" />

      </material>

    </visual>

    <collision>

      <origin

        xyz="0 0 0"

        rpy="0 0 0" />

      <geometry>

        <mesh

          filename="package://gazebo_demo/meshes/link_1.STL" />

      </geometry>

    </collision>
  <dynamic damping="0.7" friction="0.5"/>

  </link>
  <gazebo reference="link_1">
    <material>Gazebo/Black</material>
  </gazebo>

  <joint

    name="joint_1"

    type="revolute">

    <origin

      xyz="0 0 0.075"

      rpy="0 0 0" />

    <parent

      link="base_link" />

    <child

      link="link_1" />

    <axis

      xyz="0 0 -1" />

    <limit

      lower="-1.57"

      upper="1.57"

      effort="1"

      velocity="10" />

  </joint>

  <transmission name="joint_1_trans">
    <type>transmission_interface/SimpleTransmission</type>
    <joint name="joint_1">
      <hardwareInterface>hardware_interface/PositionJointInterface</hardwareInterface>
    </joint>
    <actuator name="joint_1_motor">
      <hardwareInterface>hardware_interface/PositionJointInterface</hardwareInterface>
      <mechanicalReduction>1</mechanicalReduction>
    </actuator>
  </transmission>

  <gazebo>
    <plugin name="gazebo_ros_control" filename="libgazebo_ros_control.so">
      <robotNamespace>/gazebo_demo</robotNamespace>
      <robotSimType>gazebo_ros_control/DefaultRobotHWSim</robotSimType>
      <legacyModeNS>true</legacyModeNS>
    </plugin>
  </gazebo>


</robot>

2.编辑yaml文件

yaml文件为配置文件，主要配置关节控制器的物理参数，例如控制器类型，和pid等参数。

控制器类型一共有三种，分别是:位置控制，速度控制和力控制。

我这里配置好的文件如下。

gazebo_demo:

  # Publish all joint states -----------------------------------

  joint_state_controller:

    type: joint_state_controller/JointStateController

    publish_rate: 50  



  # Position Controllers ---------------------------------------

  joint1_position_controller:

    type: position_controllers/JointPositionController

    joint: joint_1

    #pid: {p: 100.0, i: 0.01, d: 10.0}



gazebo_demo/gazebo_ros_control/pid_gains:

  joint_1: {p: 100.0, i: 0.0, d: 10.0}

3.编辑launch文件启动gazebo仿真环境

这里我也编辑好了，如下：

<launch>

  <param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro $(find gazebo_demo)/urdf/gazebo_demo.urdf.xacro" />

  <!-- these are the arguments you can pass this launch file, for example paused:=true -->
  <arg name="paused" default="false"/>
  <arg name="use_sim_time" default="true"/>
  <arg name="gui" default="true"/>
  <arg name="headless" default="false"/>
  <arg name="debug" default="false"/>

  <!-- We resume the logic in empty_world.launch, changing only the name of the world to be launched -->
  <include file="$(find gazebo_ros)/launch/empty_world.launch">
    <arg name="world_name" value="$(find gazebo_demo)/worlds/gazebo_demo.world"/>
    <arg name="debug" value="$(arg debug)" />
    <arg name="gui" value="$(arg gui)" />
    <arg name="paused" value="$(arg paused)"/>
    <arg name="use_sim_time" value="$(arg use_sim_time)"/>
    <arg name="headless" value="$(arg headless)"/>
  </include>


  <node name="urdf_spawner" pkg="gazebo_ros" type="spawn_model" respawn="false" output="screen"
    args="-urdf -model myrobot -param robot_description"/>


  <rosparam file="$(find gazebo_demo)/config/joint_names_gazebo_demo.yaml" command="load"/>

  <node name="controller_spawner" pkg="controller_manager" type="spawner" respawn="false"
	output="screen" ns="/gazebo_demo" args="joint1_position_controller"/>

  <node name="robot_state_publisher" pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher"
	respawn="false" output="screen">
    <remap from="/joint_states" to="/gazebo_demo/joint_states" />
  </node>



</launch>

启动之后就可以看到这个机器人出现在了地面上。

4.编写程序控制机器人关节往复运动

这里编写了一个简单的节点进行控制，程序如下：

#include "ros/ros.h"
#include "std_msgs/Float64.h" 
#include <sstream>

int main(int argc, char  *argv[])
{   
    setlocale(LC_ALL,"");
    ros::init(argc,argv,"control_gazebo_demo");
    ros::NodeHandle nh;
    ros::Publisher pub = nh.advertise<std_msgs::Float64>("/gazebo_demo/joint1_position_controller/command",10);
    std_msgs::Float64 control_gazebo_demo;
    control_gazebo_demo.data=0.0;
    bool flag=0;//0weizeng 1weijian
    ros::Rate r(50);
    while (ros::ok())
    {
        
        for(control_gazebo_demo.data=0.0;control_gazebo_demo.data<=1.5;control_gazebo_demo.data+=0.01)
        {
		pub.publish(control_gazebo_demo);

		ROS_INFO("发送的消息:%f",control_gazebo_demo);
		r.sleep();
        }

        for(control_gazebo_demo.data=1.5;control_gazebo_demo.data>=0.0;control_gazebo_demo.data-=0.01)
        {
		pub.publish(control_gazebo_demo);

		ROS_INFO("发送的消息:%f",control_gazebo_demo);
		r.sleep();
        }
       

        
        ros::spinOnce();
    }
    return 0;
}

5.运行效果

Gazebo仿真1自由度关节

6.全部源码地址

源码地址：

https://gitee.com/li9535/gazebo_simulation_ros_package/tree/master/

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