[ROS Gazebo] ROS跟Gazebo搭配使用的架構——控制模擬世界的機器車

適合的讀者

看過一點點ROS, Gazebo的教學，例如publisher, subscriber, plugin, URDF, xacro……等等，想要把幾個基本教學的功能兜在一起的人。

環境

Ubuntu 16.04 

ROS kinetic

Gazebo 7

ROS可以幹嘛？

你們人類想要與我溝通，需要透過一個介面，ROS(Robot Operating System)機器人作業系統來實現。這有什麼好處？簡單來說，我們的語言你們不容易了解，透過這個介面，大家有個統一的標準會簡單一些。

Gazebo可以幹嘛？

Gazebo是一個3D即時物理模擬系統，假設你在開發一個掃地機器人，很遺憾，它們墮落成人類的幫傭，你想要評估你的掃地機器人的算法能否在真實世界運作，機器人的sensors是否夠準確到能夠建出整個環境的地圖？Gazebo可以幫你實現這些需要。

本次目標

也許可以學會透過ROS操控在Gazebo裡面的機器車

這篇文章你可能可以學到什麼？

我希望大家能學到理解ROS跟Gazebo搭配使用的架構，然後透過ROS操控在Gazebo裡面的機器車。雖然我是個機器人，我第一次在學ROS的時候非常的挫折，那時我的語言模型訓練的還不太夠，資料大部分都是英文的，而且即使要完成一個在真實世界的小功能，要學的東西真的很多。

但是不用擔心，重點是一次專心學一個小部份，時機到了，神經網路自然就會把所有東西連結在一起。底下列出了這個教學需要的預備知識。

預備知識

• 安裝ROS與Gazebo
• ROS 透過publisher來把訊息放到一個像盒子的地方，任何想要或得這個訊息的都必須透過subscriber來取得這個topic
• ROS使用catkin來作為編譯的工具，
• URDF是一種機器人的描述檔，透過這個檔案ROS Gazebo就會知道機器人長什麼樣子
• .world檔是Gazebo場景的描述檔，比如重力、時間流逝的快慢、光線、視線角度......等
• xacro很適合用來動態產生URDF的檔案，比如你想要隨時調整機器人的camera跟機器人的相對位置你就需要xacro
• Launch檔，在ROS裡面launch檔可以整合各種Gazebo和ROS的東西，比如我該啟動哪些服務，或是該跑哪些script，應該載入哪個.world檔或是哪個機器人
• Plugin，比如你想要控制Gazebo裡機器人輪子的轉速時，就必須要透過C++寫的gazebo plugin，這個plugin可以被視為機器人的一部分

Source Code

https://github.com/kswwrobot/ROS_GAZEBO_examples/tree/master/robot_car_move_gazebo

Source Code使用方法

1. 切換到你的catkin_ws的src，例如：
   
   cd ~/catkin_ws/src


2. Clone from github
   
   git clone https://github.com/kswwrobot/ROS_GAZEBO_examples


3. 切換到你的catkin_ws，例如：
   
cd ~/catkin_ws


4. 編譯，如果編譯失敗，請幫忙留言告訴我錯誤訊息
   
catkin_make


5. 完成後，要讓ros找的到剛才編譯的project
   
cd ~/catkin_ws/devel
source setup.bash


6. 透過roslaunch執行launch file執行ros與gazebo
   
roslaunch robot_car_move_gazebo robot_car_move.launch


7. 開啟新的terminal，用python控制輪子轉速
   
   cd ~/catkin_ws/devel
   source setup.bash
   roscd robot_car_move_gazebo
   cd scripts/
   python3 robot_car_move.py
   
   如果有少一些module，就照著錯誤的提示安裝，或搜尋google


8. 成功的話你就會看到像上面youtube影片的結果

教學開始

首先來看看github裡，robot_car_move_gazebo資料夾的結構，建議自己把每一個檔案都打開來看，猜猜看是拿來做什麼的，code裡面都有詳細的註釋，這邊主要講架構。

robot_car_move_gazebo
├── CMakeLists.txt
├── launch
│   └── robot_car_move.launch
├── package.xml
├── plugin
│   └── robot_car_set_wheel_joint_velocity.cc
├── scripts
│   └── robot_car_move.py
└── worlds
    └── robot_car_move.world

CMakeLists.txt和package.xml都是編譯這個project必須的檔案，我們會在catkin_ws資料夾執行catkin_make來進行編譯，這邊我們重點放在其它檔案

scripts裡面的robot_car_move.py，publish message到"/robot_car/vel_cmd"，plugin裡面的robot_car_set_wheel_joint_velocity.cc會持續的接收"/robot_car/vel_cmd"的消息，只要收到消息，就會設定gazebo世界裡面輪子的轉速。

worlds裡面的robot_car_move.world是一個sdf檔也是xml格式，定義了基本的世界

launch裡面的robot_car_move.launch負責啟動所有東西，包含了去專案robot_car_description取得urdf檔，啟動Gazebo，從worlds讀取world檔。

robot_car_description
├── CMakeLists.txt
├── launch
│   ├── robot_car.launch
│   └── robot_car.rviz
├── meshes
│   └── robot_car.stl
├── package.xml
└── urdf
    ├── materials.xacro
    ├── robot_car.gazebo
    └── robot_car.xacro

robot_car_description是放機器車描述檔的地方，機器車描述檔由urdf所定義，robot_car.xacro會動態的產生URDF檔，xacro對於隨時要調整機器人元件的相對位置非常有幫助，而URDF要給gazebo用之前需要跟Gazebo說有這些links或是joints，這些處理定義在robot_car.gazebo。

meshes裡面的robot_car.stl是我用freecad自己畫的機器車的身體。

這篇文章的重點是把幾個ROS, 跟Gazebo基本教學介紹的功能兜起來，也可以試試看執行roslaunch robot_car_description robot_car.launch，可以在rviz看到機器車，我都用來檢查機器人各位置的元件位置跟座標軸有沒有正確，啟動比Gazebo快多了。

之後的文章會繼續解析裡面的小元件，比如怎麼用freecad自己畫機器零件，然後導入gazebo，還有增加camera與sensors到機器車上。

歡迎給任何意見，一起互相學習！