ROS探索总结（四）——简单的机器人仿真

2022-09-08 19:23:26

前边我们已经介绍了ROS的基本情况，以及新手入门ROS的初级教程，现在就要真正的使用ROS进入机器人世界了。接下来我们涉及到的很多例程都是《ROS by Example》这本书的内容，我是和群里的几个人一起从国外的亚马逊上买到的，还是很有参考价值的，不过前提是你已经熟悉之前的新手教程了。

一、ROS by Example

这本书是关于国外关于ROS出版的第一本书，主要针对Electric和Fuerte版本，使用机器人主要是TurtleBot。书中详细讲解了关于机器人的基本仿真、导航、路径规划、图像处理、语音识别等等，而且在google的svn上发布了所有代码，可以通过以下命令下载、编译：

svn checkout http://ros-by-example.googlecode.com/svn/trunk/rbx_vol_1
rosmake rbx_vol_1
rospack profile //加入ROS package路径

二、rviz简单机器人模拟

1、安装机器人模拟器

rviz是一个显示机器人实体的工具，本身不具有模拟的功能，需要安装一个模拟器arbotix。

svn checkout http://vanadium-ros-pkg.googlecode.com/svn/trunk/arbotix
rosmake arbotix

2、TurtleBot机器人的模拟

在书中的rbx_vol_1包里已经为我们写好了模拟的代码，我们先进行实验，完成后再仔细研究代码。
机器人模拟运行：

roscore
roslaunch rbx1_bringup fake_pi_robot.launch

然后在终端中可以看到，机器人已经开始运行了，打开rviz界面，才能看到机器人实体。

rosrun rviz rviz -d `rospack find rbx1_nav`/sim_fuerte.vcg

后面的参数是加载了rviz的配置文件sim_fuerte.vcg。效果如下：

此时的机器人是静止的，需要发布一个消息才能让它动起来。

rostopic pub -r 10 /cmd_vel geometry_msgs/Twist '{linear: {x: 0.2, y: 0, z: 0}, angular: {x: 0, y: 0, z: 0.5}}'

如果要让机器人停下来，需要在中断中按下“Ctrl+c”，然后输入：

rostopic pub -1 /cmd_vel geometry_msgs/Twist '{}'

也可以改变发送的topic信息，使机器人走出不同的轨迹。

三、实现分析

按照上面的仿真过程，我们详细分析每一步的代码实现。

1、TurtleBot机器人运行

机器人运行使用的是launch文件，首先打开fake_turtlebot.launch文件。

<launch>
<param name="/use_sim_time" value="false" />
<arg name="urdf_file" default="$(find xacro)/xacro.py '$(find turtlebot_description)/urdf/turtlebot.urdf.xacro'" />
<param name="robot_description" command="$(arg urdf_file)" />
<node name="arbotix" pkg="arbotix_python" type="driver.py" output="screen">
<rosparam file="$(find rbx1_bringup)/config/fake_turtlebot_arbotix.yaml" command="load" />
<param name="sim" value="true"/>
</node>
<node name="robot_state_publisher" pkg="robot_state_publisher" type="state_publisher">
<param name="publish_frequency" type="double" value="20.0" />
</node>
<node pkg="tf" type="static_transform_publisher" name="odom_left_wheel_broadcaster" args="0 0 0 0 0 0 /base_link /left_wheel_link 100" />
<node pkg="tf" type="static_transform_publisher" name="odom_right_wheel_broadcaster" args="0 0 0 0 0 0 /base_link /right_wheel_link 100" />
</launch>

文件可以大概分为四个部分：
（1）从指定的包中加载urdf文件
（2）启动arbotix模拟器
（3）启动状态发布节点
（4） tf坐标系配置

2、rviz配置文件

在打开rviz的时候需要加载一个.vcg的配置文件，主要对rviz中的插件选项进行默认的配置。这里打开的是sim_fuerte.vcg文件，由于文件比较长，这里只列举重点的部分。

Background\ ColorB=0.12549
Background\ ColorG=0.12549
Background\ ColorR=0.12549
Camera\ Config=158.108 0.814789 0.619682 -1.57034
Camera\ Type=rviz::FixedOrientationOrthoViewController
Fixed\ Frame=/odom
Grid.Alpha=0.5
Grid.Cell\ Size=0.5
Grid.ColorB=0.941176
Grid.ColorG=0.941176
Grid.ColorR=0.941176
Grid.Enabled=1
Grid.Line\ Style=0
Grid.Line\ Width=0.03
Grid.Normal\ Cell\ Count=0
Grid.OffsetX=0
Grid.OffsetY=0
Grid.OffsetZ=0
Grid.Plane=0

上面的代码是配置背景颜色和网格属性的，对应rviz中的选项如下图所示。

其中比较重要的一个选项是Camera的type，这个选项是控制开发者的观察角度的，书中用的是FixedOrientationOrthoViewController的方式，就是上面图中的俯视角度，无法看到机器人的三维全景，所以可以改为OrbitViewController方式，如下图所示：

3、发布topic

要让机器人动起来，还需要给他一些运动需要的信息，这些信息都是通过topic的方式发布的。
这里的topic就是速度命令，针对这个topic，我们需要发布速度的信息，在ROS中已经为我们写好了一些可用的数据结构，这里用的是Twist信息的数据结构。在终端中可以看到Twist的结构如下：

用下面的命令进行消息的发布，其中主要包括力的大小和方向。

Background\ ColorB=0.12549
Background\ ColorG=0.12549
Background\ ColorR=0.12549
Camera\ Config=158.108 0.814789 0.619682 -1.57034
Camera\ Type=rviz::FixedOrientationOrthoViewController
Fixed\ Frame=/odom
Grid.Alpha=0.5
Grid.Cell\ Size=0.5
Grid.ColorB=0.941176
Grid.ColorG=0.941176
Grid.ColorR=0.941176
Grid.Enabled=1
Grid.Line\ Style=0
Grid.Line\ Width=0.03
Grid.Normal\ Cell\ Count=0
Grid.OffsetX=0
Grid.OffsetY=0
Grid.OffsetZ=0
Grid.Plane=0

4、节点关系图

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