ROS中阶笔记（三）：机器人仿真—ArbotiX+rviz功能仿真

ROS中阶笔记（三）：机器人仿真—ArbotiX+rviz功能仿真

目录

• 01 机器人URDF模型优化—xacro模型文件
  • 1.1 xacro模型文件
  • 1.2 xacro使用方法
  • 1.3 模型显示
• 02 ArbotiX+rviz功能仿真
  • 2.1 Arboti简介
  • 2.2 安装Arbotix
  • 2.3 配置ArbotiX控制器
  • 2.4 ArbotiX+rviz—导航仿真示例
• 03 问题解决
  • 3.1 问题一：ImportError: No module named arbotix_msgs.msg
• 04 参考资料

01 机器人URDF模型优化—xacro模型文件

1.1 xacro模型文件

URDF模型的进化版本—xacro模型文件

xacro里面的模型仍然是urdf模型，但是从整个模型的管理上发生了很大的变化

• 精简模型代码
  1、创建宏定义
  2、文件包含
• 提供可编程接口
  1、常量
  2、变量
  3、数学计算
  4、条件语句

1.2 xacro使用方法

1.常量定义

<xacro:property name="M_PI" value="3.14159"/>

2.常量使用

<origin xyz="0 0 0" rpy="${M_PI/2} 0 0"/>

3.数学计算

注意：所有数学运算都会转换成浮点数进行，以保证运算精度

<origin xyz="0 ${(motor_length+wheel_length)/2} 0" rpy="0 0 0"/>

4.宏定义

<xacro:macro name="name" params="A B C">
   ......                                      # ······填写具体模型定义（类似函数内容）
</xacro:macro>

5.宏调用

<name A="A_value" B="B_value" C="C_value" />

6.文件包含

<xacro:include filename="$(find mbot_descripiton)/urdf/xacro/mbot_base.xacro" />

1.3 模型显示

~/catkin_ws/src/mbot_description/urdf/xacro 下 mbot_base.xacro文件不能单独运行，还需要实现一个上层文件mbot.xacro来实现；

方法一： 将xacro文件转化成URDF文件后显示 （不常用）

在~/catkin_ws/src/mbot_description/urdf/xacro 下，运行下面命令：

$ rosrun xacro xacro.py mbot.xacro>mbot.urdf

# 出现警告忽略，看到生成mbot.urdf文件

方法二：直接调用xacro文件解析器，解析成机器人模型 （常用）

在~/catkin_ws/src/mbot_description/launch/xacro下 可以看到display_mbot_base_xacro.launch文件

	<arg name="model" default="$(find xacro)/xacro --inorder '$(find mbot_description)/urdf/xacro/mbot.xacro'" />
	<arg name="gui" default="true" />

	<param name="robot_description" command="$(arg model)" />

$ roslaunch mbot_description display_mbot_base_xacro.launch

02 ArbotiX+rviz功能仿真

参见：http://wiki.ros.org/arbotix

2.1 Arboti简介

• ArbotiX是一款控制电机、舵机的硬件控制板；
• 提供了相应的ROS功能包；
• 提供了一个差速控制器，通过接收速度控制指令，更新机器人的里程计状态。

2.2 安装Arbotix

arbotix_ros文件放在catkin_ws/src/文件夹下：

$ cd ~/catkin_ws/src
$ git clone https://github.com/vanadiumlabs/arbotix_ros.git  #放在catkin_ws/src/文件夹下
$ cd ~/catkin_ws 

# 下面两种方法编译
$ catkin_make                # 编译arbotix_ros
$ catkin_make -DCATKIN_WHITELIST_PACKAGES="arbotix_ros"

注意：arbotix_ros中的python文件需要添加可执行权限；

python文件添加可执行权限，鼠标右键—属性—权限—执行：√允许作为程序执行文件（E）；

2.3 配置ArbotiX控制器

第一步：配置launch文件

~/catkin_ws/src/mbot_description/launch/xacro/下arbotix_mbot_with_camera_xacro.launch

可以看出它其实跟之前的launch文件是差不多的，只是多了一个启动 arbotix_python 节点的命令，这个文件在之前下的启动 arbotix_ros中可以找到，如果这里节点启动失败可以找到该文件，右键属性查看可执行权限，python文件需要添加可执行权限才能运行。

<launch>
	<arg name="model" default="$(find xacro)/xacro --inorder '$(find mbot_description)/urdf/xacro/mbot_with_camera.xacro'" />
	<arg name="gui" default="false" />

	<param name="robot_description" command="$(arg model)" />

    <!-- 设置GUI参数，显示关节控制插件 -->
	<param name="use_gui" value="$(arg gui)"/>

      <!-- 启动 arbotix_python 节点-->
	<node name="arbotix" pkg="arbotix_python" type="arbotix_driver" output="screen">
	         <!-- 加载控制器参数-->
        <rosparam file="$(find mbot_description)/config/fake_mbot_arbotix.yaml" command="load" />
        <param name="sim" value="true"/>
    </node>

    <!-- 运行joint_state_publisher节点，发布机器人的关节状态  -->
	<node name="joint_state_publisher" pkg="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher" />

	<!-- 运行robot_state_publisher节点，发布tf  -->
	<node name="robot_state_publisher" pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" />

    <!-- 运行rviz可视化界面 -->
	<node name="rviz" pkg="rviz" type="rviz" args="-d $(find mbot_description)/config/mbot_arbotix.rviz" required="true" />

</launch>

第二步：创建配置文件

~/catkin_ws/src/mbot_description/config/下fake_mbot_arbotix.yaml

这是一个参数配置文件，定义了一个controller。包括了控制器类型、控制的车体坐标系、轮子的间距、控制频率、PID以及加速度等参数

controllers: {
   base_controller: {
       type: diff_controller, 
       base_frame_id: base_footprint, 
       base_ 0.26, 
       ticks_meter: 4100, 
       Kp: 12, 
       Kd: 12, 
       Ki: 0, 
       Ko: 50, 
       accel_limit: 1.0 
    }
}

第三步：启动仿真器

$ roslaunch mbot_description arbotix_mbot_with_camera_xacro.launch 

第四步：启动键盘控制（再开一个新终端）

$ roslaunch mbot_teleop mbot_teleop.launch

# i小车向前，  u转向···

odom里程计坐标系，是一个全局坐标系；通过里程计记录机器人当前的运动位姿

2.4 ArbotiX+rviz—导航仿真示例

参考：《ROS by example》

1.安装一下turtlebot，输入下列安装命令：

$ sudo apt-get install ros-kinetic-turtlebot-*

2.安装arbotix模拟器：

$ sudo apt-get install ros-kinetic-arbotix-*

这里没有执行上面的rviz的安装是因为在安装ROS的时候默认已经安装好了，不需要重复安装。

3.安装ROS by example书配套的代码包rbx1

cd ~/catkin_ws/src
 
git clone https://github.com/pirobot/rbx1.git
 
cd ..
 
catkin_make

4.分别在三个终端运行以下代码：

$ roslaunch rbx1_bringup fake_turtlebot.launch 
$ roslaunch rbx1_nav fake_amcl.launch map:=test_map.yaml
$ rosrun rviz rviz -d `rospack find rbx1_nav`/nav.rviz

运行结果：点击rviz画面中的2D Nav Goal ，之后随便标记地图中的一点，小车可以根据路径规划进行导航，到达目的地。

03 问题解决

3.1 问题一：ImportError: No module named arbotix_msgs.msg

2.3 配置ArbotiX控制器中

第三步：启动仿真器

$ roslaunch mbot_description arbotix_mbot_with_camera_xacro.launch 

这里在开启上一个launch文件的时候出现了一个问题：缺少依赖项

ImportError: No module named arbotix_msgs.msg        

解决方法：

不要 sudo apt-get安装，把源码包下载下来，编译；

顺便刷新下空间

$ source ～/catkin_ws/devel/setup.bash

04 参考资料

ROS xacro使用方法： http://wiki.ros.org/xacro

古月居：https://www.guyuehome.com/237

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