• 【gazebo要素4】构建插件

    一、提要

            欢迎来到中级模块！本模块将指导您完成创建新模拟功能并将该功能贡献给 Gazebo 的过程。

            我们基础知识需要： Gazebo 、Linux。我们还假设您是一位专业的教程阅读者（仔细、完整地阅读所有内容）。

            在本系列教程中，我们将创建一个 Velodyne HDL-32 LiDAR，我们将逐步完成

    1. 创建 HDL-32 传感器的 SDF 模型，
    2. 将模型贡献给 Gazebo 的模型数据库，
    3. 改善模型的外观和数据输出，
    4. 使用插件控制模型，以及
    5. 在 Gazebo 和 RViz 中可视化传感器数据。

            上述每个主题都将有专门的教程解说。本教程的 重点是 Velodyne SDF 模型的创建。

    二、生成模型

            创建新模型的第一步是收集有关模型的信息。在这种情况下，Velodyne 激光雷达公司在其网站 Velodyne 的 HDL-32E 环绕激光雷达传感器 | 上提供了有关其传感器的文档。 Velodyne 激光雷达。如果没有关于模型的详细信息，那么您可以测量物理版本，询问制造商的规格，或者在最坏的情况下猜测。

            根据 Velodyne 文档，我们将创建一个传感器，该传感器具有：

    1. 底部圆柱体和顶部圆柱体，顶部圆柱体在其中旋转，以及
    2. 一组垂直扇形定向的激光射线。

    2.1 Step 1: 生成基座的 SDF模型

    1. 生成新文件.

      1. cd
      2. gedit velodyne.world

    2. 使用地平面和灯光填充世界文件：

      2. <sdf version="1.5">
      3.   <world name="default">
      4.  
      5.     
      6.     <include>
      7.       <uri>model://sunuri>
      8.     include>
      9.  
      10.     
      11.     <include>
      12.       <uri>model://ground_planeuri>
      13.     include>
      14.   world>
      15. sdf>

    3. 接下来，我们将 Velodyne LiDAR 的基础知识添加到 SDF 世界文件中。我们将使用 Velodyne 传感器尺寸来构建一个基圆柱体和一个顶部圆柱体。下面是 Velodyne 2D 绘图的屏幕截图。

    1. 将以下内容复制到 SDF 世界文件中，直接位于 标记之前。

      1. <model name="velodyne_hdl-32">
      2.   
      3.   <link name="base">
      4.  
      5.     
      6.     <pose>0 0 0.029335 0 0 0pose>
      7.     <collision name="base_collision">
      8.       <geometry>
      9.         <cylinder>
      10.           
      11.           <radius>.04267radius>
      12.           <length>.05867length>
      13.         cylinder>
      14.       geometry>
      15.     collision>
      16.  
      17.     
      18.     <visual name="base_visual">
      19.       <geometry>
      20.         <cylinder>
      21.           <radius>.04267radius>
      22.           <length>.05867length>
      23.         cylinder>
      24.       geometry>
      25.     visual>
      26.   link>
      27.  
      28.   
      29.   <link name="top">
      30.  
      31.     
      32.     <pose>0 0 0.095455 0 0 0pose>
      33.     <collision name="top_collision">
      34.       <geometry>
      35.         <cylinder>
      36.           
      37.           <radius>0.04267radius>
      38.           <length>0.07357length>
      39.         cylinder>
      40.       geometry>
      41.     collision>
      42.  
      43.     
      44.     <visual name="top_visual">
      45.       <geometry>
      46.         <cylinder>
      47.           <radius>0.04267radius>
      48.           <length>0.07357length>
      49.         cylinder>
      50.       geometry>
      51.     visual>
      52.   link>
      53. model>

    2. 在构建新模型时，定期尝试小的更改是个好主意。启动 Gazebo 已暂停，以便您可以在物理引擎不改变模型姿势的情况下查看模型。还有一些其他图形工具可以帮助开发过程，我们将在本教程的过程中介绍这些工具。

    3. 暂停运行 Velodyne 世界（-u 参数）。

      1. cd
      2. gazebo velodyne.world -u

    4. 默认情况下，您会在模型中看到 元素，这些元素定义了模型的外观。另一方面， 元素定义了模型在与其他模型碰撞时的行为方式。要查看和调试 元素，请右键单击模型，然后选择“查看”->“碰撞”。现在试试这个，你应该会看到两个橙色圆柱体（由于它们的距离很近，看起来像一个圆柱体）。

    2.2 Step 2: 添加惯性

            此时，我们的 Velodyne 模型缺少惯性矩等动态属性。物理引擎使用惯性信息来计算模型在受力时的行为方式。具有不正确或没有惯性值的模型将以奇怪的方式表现。

           1）首先可视化当前的惯性值。在 Gazebo 运行时，右键单击 Velodyne 并选择 View->Inertia。这将导致出现两个紫色框。

    通常，每个紫色框应与与其关联的链接的大小大致匹配。您会注意到当前的惯性框非常大，这是由于我们的模型缺少惯性信息。

    1. 我们可以通过指定质量和惯性矩阵来为链接添加惯性。我们将质量基于 Velodyne 的指定质量，即 1.3 千克，并给予基本链接多数（此分布是我们的猜测）。惯性矩矩阵可以使用维基百科上的方程计算。

      以下是基础链接的惯性值。将 块复制到指定位置。

      1. <model name="velodyne_hdl-32">
      2.   <link name="base">
      3.     <pose>0 0 0.029335 0 0 0pose>
      4.     <inertial>
      5.       <mass>1.2mass>
      6.       <inertia>
      7.         <ixx>0.001087473ixx>
      8.         <iyy>0.001087473iyy>
      9.         <izz>0.001092437izz>
      10.         <ixy>0ixy>
      11.         <ixz>0ixz>
      12.         <iyz>0iyz>
      13.       inertia>
      14.     inertial>

      接下来为顶部链接添加惯性值。将以下 <惯性> 块复制到指定位置。

      1.  <link name="top">
      2.    <pose>0 0 0.095455 0 0 0pose>
      3.    <inertial>
      4.      <mass>0.1mass>
      5.      <inertia>
      6.        <ixx>0.000090623ixx>
      7.        <iyy>0.000090623iyy>
      8.        <izz>0.000091036izz>
      9.        <ixy>0ixy>
      10.        <ixz>0ixz>
      11.        <iyz>0iyz>
      12.      inertia>
      13.    inertial>

    2. 有了惯性值，可视化应该类似于下图。

            在模型创建过程的这一点上，您应该拥有一个具有正确视觉、碰撞和惯性属性的模型。我们现在将移动到关节。

    2.3 Step 3: 加入关节

            关节定义链接之间的约束。在机器人领域，最常见的关节类型是旋转的。旋转关节定义了两个连杆之间的单个旋转自由度。可以在 SDF 网站上找到完整的关节列表。

            当然，可以可视化关节。运行 Gazebo 时，右键单击模型，然后选择查看 -> 关节。关节通常位于模型内，因此您可能必须使模型透明才能看到关节可视化（右键单击模型并选择查看->透明）。

    1. 我们首先必须在 Velodyne 模型中添加一个关节。关节将是旋转的，因为顶部连杆将相对于基本连杆旋转。

    2. 打开 SDF 世界，并在 标签前添加一个旋转关节。

      2. <joint type="revolute" name="joint">
      3.  
      4.   
      5.   <pose>0 0 -0.036785 0 0 0pose>
      6.  
      7.   
      8.   <parent>baseparent>
      9.  
      10.   
      11.   <child>topchild>
      12.  
      13.   
      14.   <axis>
      15.  
      16.     
      17.     <xyz>0 0 1xyz>
      18.  
      19.     
      20.     <limit>
      21.  
      22.       
      23.       <lower>-10000000000000000lower>
      24.       <upper>10000000000000000upper>
      25.     limit>
      26.   axis>
      27. joint>

    3. 运行 SDF 世界，暂停并可视化关节。

    1. gazebo velodyne.world -u
    2. 右键点击 model并选 View->Joints
    3. 右键点击 model并选  View->Transparent

    1. 我们还可以使用 Joint Command 图形工具验证关节是否正确旋转。拖动主窗口上打开的右侧面板，然后选择 Velodyne 模型。

    3. 使用此小部件中的“力”选项卡向关节施加较小的力，0.001 即可。取消暂停世界，您应该会看到可视化关节开始围绕模型的 Z 轴旋转。

            至此，我们有了一个具有有效惯性、碰撞和关节属性的 Velodyne 模型。在下一节中，我们将介绍模型的最后一部分，即传感器的添加。

    2.4 Step 4: 添加 sensor

            传感器用于从环境或模型生成数据。在本节中，我们将为 Velodyne 模型添加一个光线传感器。 Gazebo 中的射线传感器由一个或多个光束组成，这些光束会产生距离和潜在的强度数据。

            一个射线传感器由一个 和一个 SDF 元素组成。 元素定义光束的布局和数量， 元素定义单个光束的属性。

             元素中包含 和 元素。 组件定义在水平平面中散开的光线， 组件定义在垂直平面中散开的光线。

            Velodyne 传感器需要垂直射线，然后旋转。我们将其模拟为旋转的水平风扇。我们采用这种方法是因为在 Gazebo 中可视化数据会更容易一些。 Velodyne 规范表明 HDL-32 有 32 条射线，垂直视场介于 +10.67 和 -30.67 度之间。

    1. 我们将光线传感器添加到顶部链接。将以下内容复制到
<link name="top"> 元素，在velodyne.world文件内

      2. <sensor type="ray" name="sensor">
      3.  
      4.   
      5.   <pose>0 0 -0.004645 1.5707 0 0pose>
      6.  
      7.   
      8.   <visualize>truevisualize>
      9.  
      10.   
      11.   <update_rate>30update_rate>
      12. sensor>

    3. 接下来，我们将添加 元素，它定义了 和 元素。将以下 SDF 放在 元素中（直接在 元素下方效果很好）。

      1. <ray>
      2.  
      3.   
      4.   <scan>
      5.  
      6.     
      7.     <horizontal>
      8.       
      9.       <samples>32samples>
      10.  
      11.       
      12.       <resolution>1resolution>
      13.  
      14.       
      15.       <min_angle>-0.53529248min_angle>
      16.  
      17.       
      18.       <max_angle>0.18622663max_angle>
      19.     horizontal>
      20.   scan>
      21.  
      22.   
      23.   <range>
      24.  
      25.     
      26.     <min>0.05min>
      27.  
      28.     
      29.     <max>70max>
      30.  
      31.     
      32.     <resolution>0.02resolution>
      33.   range>
      34. ray>

    4. 再次启动模拟，您应该可以看到 32 个传感器光束在没有暂停时。

    后续操作

            现在我们有了 Velodyne LiDAR 模型，我们可以通过三种方式对其进行改进：

    • 添加 3D 网格以改善视觉外观
    • 添加传感器噪声以提高数据真实性
    • 添加一个插件来控制传感器。

            第一个改进将在其它教程中解决。

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  • 原文地址：https://blog.csdn.net/gongdiwudu/article/details/126304205