ROS仿真中常用的三種傳感器

01 前言

當我們想在gazebo中仿真一個比較逼真的機器人時，光有機器人的樣子是遠遠不夠的，一個真實的機器人往往附帶著各種各樣的傳感器，比如用來估計機器人位置的編碼器、IMU；用來感知外部環(huán)境的攝像頭、雷達等等，如果我們想自己在電腦中完全復現(xiàn)出一個逼真的傳感器，這是很難得一件事，幸運的是gazebo為我們提供了用來仿真?zhèn)鞲衅鞯牟寮?，最常用的有相機、kinect、激光雷達等等，這極大地方便了用戶在仿真環(huán)境中機器人的構建。

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

1.urdf建模

相機的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于urdf建模的知識，在相機的建模中，我們簡單的將它建模為一個盒子（box），然后賦予它一些真實的特性。

然后我們使用xacro格式的建模方法，將傳感器單獨列為一個文件，然后在主文件中調用它。

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的參數(shù)，這些參數(shù)可以根據(jù)現(xiàn)實生活中我們購買的相機參數(shù)填入

下面將我們的相機鏈接到插件庫，實現(xiàn)真正的相機仿真

相關的仿真教程可以在gazebo官網(wǎng)教程找到

03 深度相機

1.urdf建模

kinect是ROS中常用的深度相機，在gazebo建模中我們將它建模為一個盒子，但是由于kinect模型的通用性，作為微軟的一個品牌，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)我們購買的相機參數(shù)填入它們，其實現(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再進行建模

然后再鏈接到插件庫，進行更詳細的設置

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

1.urdf建模

在激光雷達建模部分，我們將其建模為一個圓柱體，通過固定關節(jié)（fixed）連接在機器人上方，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，其實根據(jù)我們真實的雷達參數(shù)進行修改即可，我對它們進行簡單解釋。

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

< visualize >false< /visualize >

然后我們將雷達鏈接到插件庫

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

05 差速驅動

在我們的移動機器人中電機關節(jié)往往需要搭配減速器使用，而且通常需要對其進行PID控制，ROS為我們提供了差速驅動插件，以及傳動機構的配置。

1.傳動機構

ROS中的傳動機構主要是在urdf文件中，通過transmission標簽體現(xiàn)，這一部分其實是屬于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標簽分為兩部分-joint和actuator。

joint部分主要是針對要設置的關節(jié)，hardwareInterface標簽指定的是關節(jié)空間的接口類型。

actuator部分主要是針對驅動器部分進行設置，mechanicalReduction標簽指定關節(jié)/執(zhí)行器傳動裝置處的機械減速；hardwareInterface標簽指定的是關節(jié)空間的接口類型。

關于接口類型的更多說明參考ros的官方解釋。

2.差速驅動插件

差速驅動插件也是通過plugin標簽鏈接到相應的差速驅動庫，下面對它的一些參數(shù)進行了解釋。

06 總結

本文介紹了ROS仿真中常用的三種傳感器-RGB相機、Kinect深度相機、激光雷達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-移動機器人的差速驅動器建模方式，并簡單介紹了ros_control硬件接口中關節(jié)的傳動機構的配置。