ROS仿真中常用的三種傳感器

01 前言

當(dāng)我們想在gazebo中仿真一個(gè)比較逼真的機(jī)器人時(shí)，光有機(jī)器人的樣子是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，一個(gè)真實(shí)的機(jī)器人往往附帶著各種各樣的傳感器，比如用來估計(jì)機(jī)器人位置的編碼器、IMU；用來感知外部環(huán)境的攝像頭、雷達(dá)等等，如果我們想自己在電腦中完全復(fù)現(xiàn)出一個(gè)逼真的傳感器，這是很難得一件事，幸運(yùn)的是gazebo為我們提供了用來仿真?zhèn)鞲衅鞯牟寮畛Ｓ玫挠邢鄼C(jī)、kinect、激光雷達(dá)等等，這極大地方便了用戶在仿真環(huán)境中機(jī)器人的構(gòu)建。

本文以三種常見且難度中等的傳感器仿真為例，介紹如何在gazebo中搭建我們自己的傳感器模型。

02RGB相機(jī)

1.urdf建模

相機(jī)的urdf模型還是分為三部分，視覺模型、碰撞模型、慣性模型，在前面的文章中簡要介紹了關(guān)于urdf建模的知識，在相機(jī)的建模中，我們簡單的將它建模為一個(gè)盒子（box），然后賦予它一些真實(shí)的特性。

然后我們使用xacro格式的建模方法，將傳感器單獨(dú)列為一個(gè)文件，然后在主文件中調(diào)用它。

2.gazebo物理特性

在gazebo中的顏色顯示和在rviz中的顏色顯示有所不同，在上述視覺模型中設(shè)定的"black"顏色顯示，只能顯示在rviz中，因此我們先通過以下代碼，設(shè)置模型在gazebo中的顏色。

< gazebo reference="${prefix}_link" >
    < material >Gazebo/Black< /material >
< /gazebo >

下面這一部分給出相機(jī)的參數(shù)，這些參數(shù)可以根據(jù)現(xiàn)實(shí)生活中我們購買的相機(jī)參數(shù)填入

下面將我們的相機(jī)鏈接到插件庫，實(shí)現(xiàn)真正的相機(jī)仿真

相關(guān)的仿真教程可以在gazebo官網(wǎng)教程找到

03 深度相機(jī)

1.urdf建模

kinect是ROS中常用的深度相機(jī)，在gazebo建模中我們將它建模為一個(gè)盒子，但是由于kinect模型的通用性，作為微軟的一個(gè)品牌，人們?yōu)槠渑渲昧四Ｐ弯秩疚募?/p>

仍然使用了xacro文件格式，然后在主文件中調(diào)用它

2.gazebo物理特性

第一部分仍然是根據(jù)我們購買的相機(jī)參數(shù)填入它們，其實(shí)現(xiàn)在比較流行的一種建模方法是使用.sdf文件，比如kinect的官方教程中就是根據(jù)提供的sdf再進(jìn)行建模

然后再鏈接到插件庫，進(jìn)行更詳細(xì)的設(shè)置

最后附上了gazebo中使用kinect的教程和如何制作自己sdf模型的教程

04 激光雷達(dá)

1.urdf建模

在激光雷達(dá)建模部分，我們將其建模為一個(gè)圓柱體，通過固定關(guān)節(jié)（fixed）連接在機(jī)器人上方，描述了它的視覺模型、慣性模型以及碰撞模型

2.gazebo物理特性

在官方教程中，說以下參數(shù)都是不說自明的，其實(shí)根據(jù)我們真實(shí)的雷達(dá)參數(shù)進(jìn)行修改即可，我對它們進(jìn)行簡單解釋。

其中，這一條如果為真，則在 gpu 激光器的掃描區(qū)域內(nèi)可以看到半透明的激光射線

< visualize >false< /visualize >

然后我們將雷達(dá)鏈接到插件庫

最后，我們在主文件中，調(diào)用我們寫好的傳感器文件，然后建立關(guān)節(jié)將他們與我們的主體連接起來即可。

05 差速驅(qū)動

在我們的移動機(jī)器人中電機(jī)關(guān)節(jié)往往需要搭配減速器使用，而且通常需要對其進(jìn)行PID控制，ROS為我們提供了差速驅(qū)動插件，以及傳動機(jī)構(gòu)的配置。

1.傳動機(jī)構(gòu)

ROS中的傳動機(jī)構(gòu)主要是在urdf文件中，通過transmission標(biāo)簽體現(xiàn)，這一部分其實(shí)是屬于ros提供的通用硬件接口ros_control，有幾種類型的transmission可以使用，如：TransmissionInfo、TransmissionLoader、SimpleTransmission等，我們常用的就是SimpleTransmission，transmission標(biāo)簽分為兩部分-joint和actuator。

joint部分主要是針對要設(shè)置的關(guān)節(jié)，hardwareInterface標(biāo)簽指定的是關(guān)節(jié)空間的接口類型。

actuator部分主要是針對驅(qū)動器部分進(jìn)行設(shè)置，mechanicalReduction標(biāo)簽指定關(guān)節(jié)/執(zhí)行器傳動裝置處的機(jī)械減速；hardwareInterface標(biāo)簽指定的是關(guān)節(jié)空間的接口類型。

關(guān)于接口類型的更多說明參考ros的官方解釋。

2.差速驅(qū)動插件

差速驅(qū)動插件也是通過plugin標(biāo)簽鏈接到相應(yīng)的差速驅(qū)動庫，下面對它的一些參數(shù)進(jìn)行了解釋。

06 總結(jié)

本文介紹了ROS仿真中常用的三種傳感器-RGB相機(jī)、Kinect深度相機(jī)、激光雷達(dá)的仿真建模方式以及其中參數(shù)的含義，最后介紹了SLAM中常見的載體-移動機(jī)器人的差速驅(qū)動器建模方式，并簡單介紹了ros_control硬件接口中關(guān)節(jié)的傳動機(jī)構(gòu)的配置。