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1.urdf 文件

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  假设我们的工作空间是 ws_ros。我们自己实现的包将会放在 ws_ros/src/toturial。首先创建一个 ROS 功能包 urdf_pkg：

# 在 ws_ros/src/toturial 下执行：
catkin_create_pkg urdf_pkg urdf xacro gazebo_ros gazebo_ros_control gazebo_plugins

该功能包有 5 个依赖 urdf xacro gazebo_ros gazebo_ros_control gazebo_plugins：urdf 和 xacro 让我们能使用 urdf 和 xacro 文件定义机器人模型；后面三个依赖让我们能使用 Gazebo 仿真。

1.1 在 Rviz 中显示 urdf

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  使用 urdf 文件定义一个仅有两个坐标系的机器人模型，并在 Rviz 中显示。

1.1.1 定义 urdf

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  创建文件 ws_ros/src/toturial/urdf_pkg/urdf/urdf1.urdf。

<!--urdf1-->
<robot name="urdf1"><!-- 坐标系 1：长方体--><link name="base_link"><visual><geometry><box size="0.5 0.2 0.1" /></geometry><origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0.785" /><material name="green"><color rgba="0 1 0 0.5" /></material></visual></link><!-- 坐标系 2：圆柱体--><link name="laser_link"><visual><geometry><cylinder radius="0.05" length="0.01" /></geometry><origin xyz="0 0 0.05" rpy="0 0 0" /><material name="blue"><color rgba="0 0 1 1" /></material></visual></link><!-- 变换 1：坐标系 1 到坐标系 2--><joint name="laser_link_to_base_link" type="fixed"><parent link="base_link" /><child link="laser_link" /><origin xyz="0 0 0" /><axis xyz="0 1 0" /></joint>
</robot>

  该模型有两个坐标系组成。第一个坐标系是名为 base_link 的长方体：标签 geometry 定义了尺寸；标签 origin 定义了几何中心的坐标和欧拉角 Roll-Pitch-Yaw，0.785 为 $\pi /4$；标签 color 定义了颜色。

  当 urdf 文件中定义的坐标系超过 1 个时，必须定义坐标系间的变换：定义了 n 个坐标系，需要定义 n-1 个变换。

1.1.2 在 Rviz 中查看 urdf

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  创建文件 ws_ros/src/toturial/urdf_pkg/launch/urdf1.launch。

<!--urdf1-->
<launch><!-- 1.结点：Rviz 可视化--><node pkg="rviz" type="rviz" name="rviz" args="-d $(find urdf_pkg)/config/urdf1.rviz" /><!-- 2.结点：发布机器人坐标变换--><param name="robot_description" textfile="$(find urdf_pkg)/urdf/urdf1.urdf" /><node pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" name="robot_state_publisher" output="screen" />
</launch>

  该文件启动两个结点。rviz 结点用于可视化，urdf1.rviz 是 Rviz 的配置文件，需要我们启动后配置并保存，下次再启动时才能使用；robot_state_publisher 结点发布坐标系变换，必需为其指定 robot_description 参数。

  Rviz 启动时，默认只有 Global Options、Global Status 和 Gird 三项。Global Options/Fixed Frame 默认坐标系是 map，而我们的 urdf1.urdf 中只定义了坐标系 base_link 和 laser_link，所以会报错 Global Status/Fixed Frame/Unknown frame map。

  解决方法是在 Global Options/Fixed Frame 的下拉选框中选择 base_link 或 laser_link。因为我们的 urdf1.urdf 中只定义了坐标系 base_link 和 laser_link，所以下拉选框只有这两个。然后点击 Add，添加 RobotModel 就可以在 Rviz 中看到我们定义的机器人了。点击 File/Save Config As，保存 ws_ros/src/toturial/urdf_pkg/config/urdf1.rviz，下次就无需配置 Rviz 了。

图 1.1 在 Rviz 中显示 urdf

1.2 在 Gazebo 中显示 urdf

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  在 urdf1.urdf 的基础上定义 urdf2.urdf，并在 Gazebo 中显示。

1.2.1 定义 urdf

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  创建文件 ws_ros/src/toturial/urdf_pkg/urdf/urdf2.urdf。

<!--urdf2-->
<robot name="urdf2"><!-- 预定义的颜色--><material name="green"><color rgba="0 1 0 0.5" /></material><material name="blue"><color rgba="0 0 1 1" /></material><!-- 坐标系 1：长方体--><link name="base_link"><!--外观--><visual><geometry><box size="0.5 0.2 0.1" /></geometry><origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0.785" /><material name="green" /></visual><!--碰撞--><collision><geometry><box size="0.5 0.2 0.1" /></geometry></collision><!--惯性--><inertial><mass value="6" /><inertia ixx="1" ixy="0" ixz="0" iyy="1" iyz="0" izz="1" /></inertial></link><!-- 坐标系 2：圆柱体--><link name="laser_link"><visual><geometry><cylinder radius="0.05" length="0.01" /></geometry><origin xyz="0 0 0.05" rpy="0 0 0" /><material name="blue" /></visual></link><!-- 变换 1：坐标系 1 到坐标系 2--><joint name="laser_link_to_base_link" type="fixed"><parent link="base_link" /><child link="laser_link" /><origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" /><axis xyz="0 1 0" /></joint><!-- 在Gazebo中的属性：颜色--><gazebo reference="base_link"><material>Gazebo/Green</material></gazebo><gazebo reference="laser_link"><material>Gazebo/Blue</material></gazebo>
</robot>

  和 urdf1 一样，该模型有两个坐标系组成。为了能在 Gazebo 中显示机器人，必须有一个坐标系定义了碰撞标签 collision 和惯性标签 inertial。此外，为了在 Gazebo 中显示颜色，必须在标签 gazebo 下使用标签 material 指定。

1.2.2 在 Gazebo 中查看 urdf

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  创建文件 ws_ros/src/toturial/urdf_pkg/launch/urdf2.launch。

<!--urdf2-->
<launch><!-- 1.启动仿真环境--><include file="$(find gazebo_ros)/launch/empty_world.launch" /><!-- 2.显示机器人模型--><param name="robot_description" textfile="$(find urdf_pkg)/urdf/urdf2.urdf" /><node pkg="gazebo_ros" type="spawn_model" name="robot_urdf_tutorial" args="-urdf -model robot_urdf_tutorial -param robot_description" />
</launch>

  该 launch 文件使用官方 ROS 包 gazebo_ros，这是安装 ROS 是自动安装的。使用 empty_world.launch 显示仿真环境，使用 spawn_model 显示我们的 urdf 文件。与 Rviz 不同的是，Gazebo 不需配置文件。

图 1.2 在 Gazebo 中显示 urdf

2.建图-仿真

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  在仿真环境下，使用 gmapping 建图。

2.1 模型

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  由于要使用带有差速轮的机器人模型，所以我们直接使用别人定义好的模型文件 ws_ros/src/toturial/navigation_pkg/urdf/agv.urdf。

<!-- agv -->
<robot name="agv"><!-- 坐标系：球体--><link name="base_coordinate"><visual><geometry><sphere radius="0.001" /></geometry></visual></link><link name="base_link"><visual><geometry><mesh filename="package://navigation_pkg/meshes/agv.stl"/></geometry><origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 1.57" /><material name="blue"><color rgba="0 0.25 0.5 0.8" /></material></visual><collision><geometry><box size="0.34 0.34 0.34" /></geometry><origin xyz="-0.8 0.0 0.0" rpy="0.0 0.0 1.57" /></collision><inertial><origin xyz="0 0 0" /><mass value="1" /><inertia ixx="0.2" ixy="0" ixz="0" iyy="0.2" iyz="0" izz="0.2" /></inertial></link><gazebo reference="base_link"><material>Gazebo/Blue</material></gazebo><joint name="base_link_to_base_coordinate" type="fixed"><parent link="base_coordinate" /><child link="base_link"/><origin xyz="0 0 0.205" /></joint><link name="right_wheel"><visual><geometry><cylinder radius="0.09" length="0.06" /></geometry><origin xyz="0 0 0" rpy="1.57 0 0" /><material name="black"><color rgba="0.0 0.0 0.0 1.0" /></material></visual><collision><geometry><cylinder radius="0.09" length="0.06" /></geometry><origin xyz="0 0 0" rpy="1.57 0 0" /></collision><inertial><origin xyz="0 0 0" /><mass value="2" /><inertia ixx="0.02" ixy="0" ixz="0" iyy="0.02" iyz="0" izz="0.04" /></inertial></link><gazebo reference="right_wheel"><material>Gazebo/Black</material></gazebo><joint name="base_r_wheel_joint" type="continuous"><parent link="base_link" /><child link="right_wheel" /><origin xyz="0.13 -0.1575 -0.115" /><axis xyz="0 1 0" /></joint><link name="left_wheel"><visual><geometry><cylinder radius="0.09" length="0.06" /></geometry><origin xyz="0 0 0" rpy="1.57 0 0" /><material name="black"><color rgba="0.0 0.0 0.0 1.0" /></material></visual><collision><geometry><cylinder radius="0.09" length="0.06" /></geometry><origin xyz="0 0 0" rpy="1.57 0 0" /></collision><inertial><origin xyz="0 0 0" /><mass value="2" /><inertia ixx="0.02" ixy="0" ixz="0" iyy="0.02" iyz="0" izz="0.04" /></inertial></link><gazebo reference="left_wheel"><material>Gazebo/Black</material></gazebo><joint name="base_l_wheel_joint" type="continuous"><parent link="base_link" /><child link="left_wheel" /><origin xyz="0.13 0.1575 -0.115" /><axis xyz="0 1 0" /></joint><link name="universal_wheel"><visual><geometry><sphere radius="0.035" /></geometry><origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" /><material name="black"><color rgba="0.0 0.0 0.0 1.0" /></material></visual><collision><geometry><sphere radius="0.035" /></geometry><origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" /></collision><inertial><origin xyz="0 0 0" /><mass value="0.5" /><inertia ixx="0.0002" ixy="0" ixz="0" iyy="0.0002" iyz="0" izz="0.0002" /></inertial></link><gazebo reference="universal_wheel"><material>Gazebo/White</material></gazebo><joint name="universal_wheel_to_base_link" type="continuous"><parent link="base_link" /><child link="universal_wheel" /><origin xyz="-0.135 0 -0.17" /><axis xyz="1 1 1" /></joint><link name="laser"><visual><geometry><box size="0.05 0.05 0.05" /></geometry><origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" /><material name="red"><color rgba="1.0 0.0 0.0 1.0" /></material></visual><collision><geometry><box size="0.05 0.05 0.05" /></geometry><origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" /></collision><inertial><origin xyz="0 0 0" /><mass value="0.2" /><inertia ixx="0.00008" ixy="0" ixz="0" iyy="0.00008" iyz="0" izz="0.00008" /></inertial></link><gazebo reference="laser"><material>Gazebo/Red</material></gazebo><joint name="laser_to_base_link" type="fixed"><parent link="base_link" /><child link="laser" /><origin xyz="0.12 0 0.195" /></joint><link name="camera"><visual><geometry><cylinder radius="0.02" length="0.01" /></geometry><origin xyz="0 0 0" rpy="0 1.57 0" /><material name="yellow"><color rgba="1.0 1.0 0.0 1.0" /></material></visual><collision><geometry><cylinder radius="0.02" length="0.01" /></geometry><origin xyz="0 0 0" rpy="0 1.57 0" /></collision><inertial><origin xyz="0 0 0" /><mass value="0.1" /><inertia ixx="0.00001" ixy="0" ixz="0" iyy="0.00001" iyz="0" izz="0.00002" /></inertial></link><gazebo reference="camera"><material>Gazebo/Yellow</material></gazebo><joint name="camera_to_base_link" type="fixed"><parent link="base_link" /><child link="camera" /><origin xyz="0.23 0 0.145" /></joint><gazebo><plugin name="differential_drive_controller" filename="libgazebo_ros_diff_drive.so"><rosDebugLevel>Debug</rosDebugLevel><publishWheelTF>true</publishWheelTF><robotNamespace>/</robotNamespace><publishTf>1</publishTf><publishWheelJointState>true</publishWheelJointState><alwaysOn>true</alwaysOn><updateRate>100.0</updateRate><legacyMode>true</legacyMode><leftJoint>base_l_wheel_joint</leftJoint> <rightJoint>base_r_wheel_joint</rightJoint><wheelSeparation>0.315</wheelSeparation> <wheelDiameter>0.18</wheelDiameter><broadcastTF>1</broadcastTF><wheelTorque>30</wheelTorque><wheelAcceleration>1.8</wheelAcceleration><commandTopic>cmd_vel</commandTopic><odometryFrame>odom</odometryFrame> 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