Gazebo-Tutorial（Connect to ROS)

地址：http://gazebosim.org/tutorials?cat=connect_ros

1.ROS Overview

　　gazebo_ros_pkgs框图：

2.Installing gazebo_ros_pkgs

　　查找装在哪里 which gzserver ，一般从source安装，会装在/usr/local/bin/，从debian安装，会装在/usr/bin/

　　启动gazebo: rosrun gazebo_ros gazebo ,也可以用roslaunch启动一个世界： roslaunch gazebo_ros empty_world.launch ，可以用rostopic/rosservice查看，gazebo话题都转化成了ros话题

　　初始化工作空间

mkdir -p ~/catkin_ws/src
cd ~/catkin_ws/src
catkin_init_workspace
cd ~/catkin_ws
catkin_make

　　添加到bash的环境变量中：

echo "source ~/catkin_ws/devel/setup.bash" >> ~/.bashrc

3.Using roslaunch

　　roslaunch带参数：

roslaunch gazebo_ros empty_world.launch paused:=true use_sim_time:=false gui:=true throttled:=false recording:=false debug:=true verbose:=true gui_required:=true

　　查看gazebo资源环境： env | grep GAZEBO_RESOURCE_PATH 

　　使用roslaunch产生urdf机器人，一种是ROS call service（使用脚本，更灵活）,另一种是从模型库中添加（include到.world中，要把模型添加到Gazebo环境变量），推荐第一种。例如：

　　直接在终端添加： rosrun gazebo_ros spawn_model -file `rospack find baxter_description`/urdf/baxter.urdf -urdf -z 1 -model baxter 

　　在.launch文件中添加：

　　添加urdf模型

<node name="spawn_urdf" pkg="gazebo_ros" type="spawn_model" args="-file $(find baxter_description)/urdf/baxter.urdf -urdf -z 1 -model baxter" />

　　添加xacro模型

<param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro.py $(find pr2_description)/robots/pr2.urdf.xacro" />


<node name="spawn_urdf" pkg="gazebo_ros" type="spawn_model" args="-param robot_description -urdf -model pr2" />

　　第二种方法是使用Model Database(在.world文件中include添加robot)，需要设置环境变量，原因是.world中无法定位ROS的package。

　　添加模型路径到环境变量：

export GAZEBO_MODEL_PATH=/home/user/catkin_ws/src/

　　在环境变量中后，在Gazebo的insert中可以看到自己的robot，之后就可以在.world文件中直接include，不需要使用rospack find。

4.Using a urdf in Gazebo

　　首先介绍了urdf（ Unified Robotic Description Format）和sdf（ Simulation Description Format）的背景，sdf进行了优化。

　　在Gazebo中使用urdf，必须加上标签，有三种 elements，分别是,,。一般先在rviz中测试urdf是否正确，launch文件一般在robot_description功能包中，然后启动gazebo的launch文件一般在robot_gazebo功能包中。

　　下面对urdf文件进行了详细的介绍

　　:可以将模型与世界坐标系固定，单位是kg, m, 重力9.81m/s^2，和都要设置，否则将不进行碰撞检测，雷达也检测不到。简化碰撞模型可以使用别的工具。颜色、纹理的使用。还可以使用STL和Collada文件，后者（.dae）支持颜色和纹理，前者只有颜色。必须提供，mass必须大于0，可以通过第三方软件来求。设置两个关节的摩擦系数。

　　:可以用设置damping系数，指作用力的反力。还列举了很多其他的标签，都跟力相关。

　　这里还提供了一个小工具，用来检测urdf文件是否可以转化成sdf：gz sdf -p MODEL.urdf 。

5.Gazebo plugins in ROS

roslaunch rrbot_gazebo rrbot_world.launch
roslaunch rrbot_description rrbot_rviz.launch

　　rrbot_world.launch中，启动了一个empty_world，启动了本地的rrrbot.world，然后将robot_description上传至参数服务器，最后在使用gazebo_ros功能包中的spawn_model添加urdf模型。模型文件为rrbot_description中的rrbot.xacro，其中include了rrbot.gazebo（用于gazebo插件），materials.xacro（用于设置颜色宏定义），核心是rrbot.gazebo的libgazebo_ros_camera.so插件（电脑中没有，下了源码编译才跑通），此插件将gazebo中的图像信息转化成ros的topic并发布出来。

　　rrbot_rviz.launch，订阅这个话题。

 　　之后，有介绍了双目相机、深度相机、Openni Kinect、雷达、GPU Laser，Laser（he non-GPU version of GPU Laser）、Block Laser（provides grid style laser range scanner simulation)、F3D（Force Feedback Ground Truth）、Force、IMU（GazeboRosImu，是通过ROS插件计算测量的，不是Gazebo）、IMU sensor（GazeboRosImuSensor，是通过Gazebo插件计算测量的，不是ROS）、（Joint Pose Trajectory，监听jointtrajectoryaction ，从而设置关节的位置）、P3D（3D Position Interface for Ground Truth）、Projector、Prosilica Camera、Bumper（provides contact feedback via ContactsState message）、Differential Drive（model plugin that provides a basic controller for differential drive robots in Gazebo）、Skid Steering Drive（model plugin that provides a basic controller for skid steering drive robots in Gazebo）、Video Plugin、Planar Move Plugin、Template

6.ROS control
https://wiki.ros.org/ros_control：介绍了ros_conntrol的功能

　　首先给urdf添加transmission（将执行器链接到关节上），其中transmission的type一般为： "transmission_interface/SimpleTransmission"，然后告诉gazebo_ros_control插件哪种hardware interface将会被加载，这里我们只是用effort interface。

　　然后，添加gazebo_ros_control插件，解释transmission标签，加载正确的hardware interface以及controller manager。其中包含：ROS的namespace，默认为robot name；：controller的跟新周期，默认为Gazebo的周期；：参数服务器上的robot_description；：本地的robot sim interface的插件名字 ，默认为DefauktRobotHWSim，默认时，将会匀速ros_control支持的所有controller，一般是足够用的。

　　到此，我们完成了一个HWSim,确定了其类型，捆绑了关节和执行器，其加速比为1，以及确定了交互的类型（EffortJointInterface）。启动了一个controller manager。

　　下面我们主要是设置控制器。首先创建一个配置文件，设置控制器和PID增益，通过roslaunch上传至参数服务器，然后通过controller_spawner节点来产生关节位置控制器，以及一个发布关节状态的控制器/joint_states。这里的spawner只是一个辅助脚本，实现向ros_control controller manager请求产生控制器的服务，使上述功能可以在roslaunch中实现。

　　最后开启了一个robot_state_publisher节点，监听上文从joint_state_controller发布的/joint_states，将其转换成/tf，这可以让我们在Rviz中看到方针robot。

　　相关代码：

　　启动RRbot仿真：

roslaunch rrbot_gazebo rrbot_world.launch

　　加载两个关节的控制器：　　

roslaunch rrbot_control rrbot_control.launch

　　也可以手动加载控制器（与上条功能相同）：

rosservice call /rrbot/controller_manager/load_controller "name: 'joint1_position_controller'"
rosservice call /rrbot/controller_manager/load_controller "name: 'joint2_position_controller'"

　　开启控制器：

rosservice call /rrbot/controller_manager/switch_controller "{start_controllers: ['joint1_position_controller','joint2_position_controller'], stop_controllers: [], strictness: 2}"

　　停止控制器：

rosservice call /rrbot/controller_manager/switch_controller "{start_controllers: [], stop_controllers: ['joint1_position_controller','joint2_position_controller'], strictness: 2}"

　　手动发送指令：

rostopic pub -1 /rrbot/joint1_position_controller/command std_msgs/Float64 "data: 1.5"
rostopic pub -1 /rrbot/joint2_position_controller/command std_msgs/Float64 "data: 1.0"

　　使用RQT发送指令：

rosrun rqt_gui rqt_gui

　　在其中添加一个command publisher，然后也可以在里面添加plot可视化相关变量，调整PID参数（添加dynamic reconfigure）等。本例中，我们观测的变量为：

/rrbot/joint1_position_controller/command/data
/rrbot/joint1_position_controller/state/process_value

　　在运行时，遇到一个问题，两只曲线（发布的指令与实际的状态）之间相差了一定的值（大约是6），但是重启后解决了。

　　有了joint_state_controller之后，我们便可以启动rviz：

rosrun rviz rviz

　　将固定坐标系设置成world即可。

7.ROS communication

　　这里提供了大量的API让用户修改或者获取仿真世界中的各种信息，包含了大量的消息和服务。

　　gazebo_ros_api_plugin：这个插件随着gzserver启动，初始化了一个ROS节点gazebo，功能是让用户可以通过ROS来操作Gazebo中的各种属性，包括产生模型、观测模型的状态等。

　　gazebo_ros_paths_plugin：这个插件随着gzserver和gzclient启动，功能是让Gazebo能够找到ROS的相关资源，识别ROS的功能包。

　　gazebo发布的参数：use_sim_time

　　gazebo订阅的话题：~/set_link_state、~/set_model_state

　　gazebo发布的话题：/clock、~/link_states、~/model_states

　　服务：在仿真中创建和销毁model：~/spawn_urdf_model、~/spawn_sdf_model、~/delete_model

　　服务：设置状态和属性：~/set_link_properties、~/set_physics_properties、~/set_model_state、~/set_model_configuration、~/set_joint_properties、~/set_link_state、~/set_link_state、~/set_model_state

　　服务：获取状态和属性：~/get_model_properties、~/get_model_state、~/get_world_properties、~/get_joint_properties、~/get_link_properties、~/get_link_state、~/get_physics_properties、~/link_states、~/model_states

　　服务：力控制：~/apply_body_wrench、~/apply_joint_effort、~/clear_joint_forces、~/clear_body_wrenches

　　服务：仿真控制：~/pause_physics、~/unpause_physics、~/reset_simulation、~/reset_world

8. ROS plugin

　　这边主要是介绍在ROS功能包中写Gazebo的插件，与前面plugin那章差不多，这里提供了模板，可以参考。

9.Advanced ROS Intergration

　　Dynamic Reconfigure：可以改变各种参数，包括物理环境、模型参数、关节控制器系数等。

rosrun gazebo_ros gazebo
rosrun rqt_gui rqt_gui