ROS中階筆記（三）：機器人模擬—ArbotiX+rviz功能模擬

目錄

• 01 機器人URDF模型優化—xacro模型檔案
  • 1.1 xacro模型檔案
  • 1.2 xacro使用方法
  • 1.3 模型顯示
• 02 ArbotiX+rviz功能模擬
  • 2.1 Arboti簡介
  • 2.2 安裝Arbotix
  • 2.3 配置ArbotiX控制器
  • 2.4 ArbotiX+rviz—導航模擬示例
• 03 問題解決
  • 3.1 問題一：ImportError: No module named arbotix_msgs.msg
• 04 參考資料

01 機器人URDF模型優化—xacro模型檔案

1.1 xacro模型檔案

URDF模型的進化版本—xacro模型檔案

xacro裡面的模型仍然是urdf模型，但是從整個模型的管理上發生了很大的變化

• 精簡模型程式碼
  1、建立巨集定義
  2、檔案包含
• 提供可程式設計介面
  1、常量
  2、變數
  3、數學計算
  4、條件語句

1.2 xacro使用方法

1.常量定義

<xacro:property name="M_PI" value="3.14159"/>

2.常量使用

<origin xyz="0 0 0" rpy="${M_PI/2} 0 0"/>

3.數學計算

注意：所有數學運算都會轉換成浮點數進行，以保證運算精度

<origin xyz="0 ${(motor_length+wheel_length)/2} 0" rpy="0 0 0"/>
 

4.巨集定義

<xacro:macro name="name" params="A B C">
   ......                                      # ······填寫具體模型定義（類似函式內容）
</xacro:macro>

5.巨集呼叫

<name A="A_value" B="B_value" C="C_value" />

6.檔案包含

<xacro:include filename="$(find mbot_descripiton)/urdf/xacro/mbot_base.xacro" />
 

1.3 模型顯示

~/catkin_ws/src/mbot_description/urdf/xacro 下 mbot_base.xacro檔案不能單獨執行，還需要實現一個上層檔案mbot.xacro來實現；

方法一： 將xacro檔案轉化成URDF檔案後顯示 （不常用）

在~/catkin_ws/src/mbot_description/urdf/xacro 下，執行下面命令：

$ rosrun xacro xacro.py mbot.xacro>mbot.urdf

# 出現警告忽略，看到生成mbot.urdf檔案

方法二：直接呼叫xacro檔案解析器，解析成機器人模型 （常用）

在~/catkin_ws/src/mbot_description/launch/xacro下 可以看到display_mbot_base_xacro.launch檔案

	<arg name="model" default="$(find xacro)/xacro --inorder '$(find mbot_description)/urdf/xacro/mbot.xacro'" />
	<arg name="gui" default="true" />

	<param name="robot_description" command="$(arg model)" />

$ roslaunch mbot_description display_mbot_base_xacro.launch

02 ArbotiX+rviz功能模擬

參見：http://wiki.ros.org/arbotix

2.1 Arboti簡介

• ArbotiX是一款控制電機、舵機的硬體控制板；
• 提供了相應的ROS功能包；
• 提供了一個差速控制器，通過接收速度控制指令，更新機器人的里程計狀態。

2.2 安裝Arbotix

arbotix_ros檔案放在catkin_ws/src/資料夾下：

$ cd ~/catkin_ws/src
$ git clone https://github.com/vanadiumlabs/arbotix_ros.git  #放在catkin_ws/src/資料夾下
$ cd ~/catkin_ws 

# 下面兩種方法編譯
$ catkin_make                # 編譯arbotix_ros
$ catkin_make -DCATKIN_WHITELIST_PACKAGES="arbotix_ros"

注意：arbotix_ros中的python檔案需要新增可執行許可權；

python檔案新增可執行許可權，滑鼠右鍵—屬性—許可權—執行：√允許作為程式執行檔案（E）；

2.3 配置ArbotiX控制器

第一步：配置launch檔案

~/catkin_ws/src/mbot_description/launch/xacro/下arbotix_mbot_with_camera_xacro.launch

可以看出它其實跟之前的launch檔案是差不多的，只是多了一個啟動 arbotix_python 節點的命令，這個檔案在之前下的啟動 arbotix_ros中可以找到，如果這裡節點啟動失敗可以找到該檔案，右鍵屬性檢視可執行許可權，python檔案需要新增可執行許可權才能執行。

<launch>
	<arg name="model" default="$(find xacro)/xacro --inorder '$(find mbot_description)/urdf/xacro/mbot_with_camera.xacro'" />
	<arg name="gui" default="false" />

	<param name="robot_description" command="$(arg model)" />

    <!-- 設定GUI引數，顯示關節控制外掛 -->
	<param name="use_gui" value="$(arg gui)"/>

      <!-- 啟動 arbotix_python 節點-->
	<node name="arbotix" pkg="arbotix_python" type="arbotix_driver" output="screen">
	         <!-- 載入控制器引數-->
        <rosparam file="$(find mbot_description)/config/fake_mbot_arbotix.yaml" command="load" />
        <param name="sim" value="true"/>
    </node>

    <!-- 執行joint_state_publisher節點，釋出機器人的關節狀態  -->
	<node name="joint_state_publisher" pkg="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher" />

	<!-- 執行robot_state_publisher節點，釋出tf  -->
	<node name="robot_state_publisher" pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" />

    <!-- 執行rviz視覺化介面 -->
	<node name="rviz" pkg="rviz" type="rviz" args="-d $(find mbot_description)/config/mbot_arbotix.rviz" required="true" />

</launch>

第二步：建立配置檔案

~/catkin_ws/src/mbot_description/config/下fake_mbot_arbotix.yaml

這是一個引數配置檔案，定義了一個controller。包括了控制器型別、控制的車體座標系、輪子的間距、控制頻率、PID以及加速度等引數

controllers: {
   base_controller: {
       type: diff_controller, 
       base_frame_id: base_footprint, 
       base_width: 0.26, 
       ticks_meter: 4100, 
       Kp: 12, 
       Kd: 12, 
       Ki: 0, 
       Ko: 50, 
       accel_limit: 1.0 
    }
}

第三步：啟動模擬器

$ roslaunch mbot_description arbotix_mbot_with_camera_xacro.launch 

第四步：啟動鍵盤控制（再開一個新終端）

$ roslaunch mbot_teleop mbot_teleop.launch

# i小車向前，  u轉向···

odom里程計座標系，是一個全域性座標系；通過里程計記錄機器人當前的運動位姿

2.4 ArbotiX+rviz—導航模擬示例

參考：《ROS by example》

1.安裝一下turtlebot，輸入下列安裝命令：

$ sudo apt-get install ros-kinetic-turtlebot-*

2.安裝arbotix模擬器：

$ sudo apt-get install ros-kinetic-arbotix-*

這裡沒有執行上面的rviz的安裝是因為在安裝ROS的時候預設已經安裝好了，不需要重複安裝。

3.安裝ROS by example書配套的程式碼包rbx1

cd ~/catkin_ws/src
 
git clone https://github.com/pirobot/rbx1.git
 
cd ..
 
catkin_make

4.分別在三個終端執行以下程式碼：

$ roslaunch rbx1_bringup fake_turtlebot.launch 
$ roslaunch rbx1_nav fake_amcl.launch map:=test_map.yaml
$ rosrun rviz rviz -d `rospack find rbx1_nav`/nav.rviz

執行結果：點選rviz畫面中的2D Nav Goal ，之後隨便標記地圖中的一點，小車可以根據路徑規劃進行導航，到達目的地。

03 問題解決

3.1 問題一：ImportError: No module named arbotix_msgs.msg

2.3 配置ArbotiX控制器中

第三步：啟動模擬器

$ roslaunch mbot_description arbotix_mbot_with_camera_xacro.launch 

這裡在開啟上一個launch檔案的時候出現了一個問題：缺少依賴項

ImportError: No module named arbotix_msgs.msg        

解決方法：

不要 sudo apt-get安裝，把原始碼包下載下來，編譯；

順便重新整理下空間

$ source ～/catkin_ws/devel/setup.bash

04 參考資料

ROS xacro使用方法： http://wiki.ros.org/xacro

古月居：https://www.guyuehome.com/237

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