0
点赞
收藏
分享

微信扫一扫

Gazebo仿真小例程二（四自由度机器人）

AbrahamW 2022-11-18 阅读 193
gazebonanopi k2rk3328白泽机器人xml编程语言


目录

​​前言：​​

​​ 1.编辑urdf文件​​

​​2.编辑yaml文件​​

​​3.编辑launch启动文件​​

​​4.编写cpp控制程序​​

​​5.运行效果​​

​​6.完整功能包源码​​

前言：

这一篇文章里，我们做一个下面的机器人的仿真，既然是教程，那么就从最简单的开始，一步一步深入学习。

上一篇文章中，我们做了一个单自由度机器人的仿真，这里我们增加自由度，变成4个自由度，这样好像足式机器人的四条腿一样，可以通过四条腿将身体支撑起来，模拟一个简易的机器人。

Gazebo仿真小例程二（四自由度机器人）_nanopi k2

 1.编辑urdf文件

这个文件我们命名为gazebo_demo1.urdf.xacro。这里需要注意的几点主要是关节的扭矩和速度，另外零件的质量和惯性矩阵也非常重要，但是在solidworks里导出urdf文件的时候，软件已经为我们精确的计算好了这些数值，所以根本不需要我们操心，如果你觉的这个机器人的质量等参数不对的话，完全可以在solidworks里面设置好，然后再导出urdf文件，这样质量和惯性矩阵就准确设置好了。

关节扭矩和速度这里通过limit标签进行设置。

如下：

<limit effort="value_of_effort" velocity="value_of_velocity" />

这里的value_of_effort这个数值需要更改成自己想要设置的数值，对于转动关节单位是NM(牛米），对于滑动关节单位是N（牛）。后面的value_of_velocity这个数值代表的是速度，这个数值也可以自己任意设置，对于转动关节单位是弧度每秒，对于滑动关节，单位是米每秒。 

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>

<!-- This URDF was automatically created by SolidWorks to URDF Exporter! Originally created by Stephen Brawner (brawner@gmail.com) 

     Commit Version: 1.5.1-0-g916b5db  Build Version: 1.5.7152.31018

     For more information, please see http://wiki.ros.org/sw_urdf_exporter -->

<robot

  name="gazebo_demo1">
  <gazebo>

    <plugin name="gazebo_ros_control" filename="libgazebo_ros_control.so">

      <robotNamespace>/gazebo_demo1</robotNamespace>

      <robotSimType>gazebo_ros_control/DefaultRobotHWSim</robotSimType>

      <legacyModeNS>true</legacyModeNS>

    </plugin>

  </gazebo>



  <link

    name="base_link">

    <inertial>

      <origin

        xyz="-6.0445212263786E-18 1.39257863414922E-18 -2.20581496680807E-19"

        rpy="0 0 0" />

      <mass

        value="0.468" />

      <inertia

        ixx="0.0001443"

        ixy="-1.53384791846956E-20"

        ixz="-1.37563571644961E-21"

        iyy="0.0003939"

        iyz="-1.29382985829106E-37"

        izz="0.0005304" />

    </inertial>

    <visual>

      <origin

        xyz="0 0 0"

        rpy="0 0 0" />

      <geometry>

        <mesh

          filename="package://gazebo_demo1/meshes/base_link.STL" />

      </geometry>

      <material

        name="">

        <color

          rgba="0.529411764705882 0.549019607843137 0.549019607843137 1" />

      </material>

    </visual>

    <collision>

      <origin

        xyz="0 0 0"

        rpy="0 0 0" />

      <geometry>

        <mesh

          filename="package://gazebo_demo1/meshes/base_link.STL" />

      </geometry>

    </collision>



  </link>



  <link

    name="LF_LINK">

    <inertial>

      <origin

        xyz="0.01 -1.59413400484866E-18 0"

        rpy="0 0 0" />

      <mass

        value="0.0108630528372501" />

      <inertia

        ixx="1.06775440310417E-07"

        ixy="1.20998908503938E-22"

        ixz="-1.75453282727152E-23"

        iyy="7.38080724035423E-07"

        iyz="8.06501097239194E-25"

        izz="7.99593444190632E-07" />

    </inertial>

    <visual>

      <origin

        xyz="0 0 0"

        rpy="0 0 0" />

      <geometry>

        <mesh

          filename="package://gazebo_demo1/meshes/LF_LINK.STL" />

      </geometry>

      <material

        name="">

        <color

          rgba="0.529411764705882 0.549019607843137 0.549019607843137 1" />

      </material>

    </visual>

    <collision>

      <origin

        xyz="0 0 0"

        rpy="0 0 0" />

      <geometry>

        <mesh

          filename="package://gazebo_demo1/meshes/LF_LINK.STL" />

      </geometry>

    </collision>



  </link>

  <joint

    name="LF_JOINT"

    type="continuous">

    <origin

      xyz="0.045 0.0325 0"

      rpy="1.5708 0 0" />

    <parent

      link="base_link" />

    <child

      link="LF_LINK" />

    <axis

      xyz="0 0 1" />
    <dynamic damping="0.7" friction="0.5" />

    <limit effort="0.2" velocity="10" />



  </joint>

  <link

    name="LB_LINK">

    <inertial>

      <origin

        xyz="0.01 -1.90361538571609E-18 6.93889390390723E-18"

        rpy="0 0 0" />

      <mass

        value="0.0108630528372501" />

      <inertia

        ixx="1.06775440310417E-07"

        ixy="1.10469815160512E-22"

        ixz="3.53711447230329E-24"

        iyy="7.38080724035424E-07"

        iyz="5.37667398159464E-25"

        izz="7.99593444190632E-07" />

    </inertial>

    <visual>

      <origin

        xyz="0 0 0"

        rpy="0 0 0" />

      <geometry>

        <mesh

          filename="package://gazebo_demo1/meshes/LB_LINK.STL" />

      </geometry>

      <material

        name="">

        <color

          rgba="0.529411764705882 0.549019607843137 0.549019607843137 1" />

      </material>

    </visual>

    <collision>

      <origin

        xyz="0 0 0"

        rpy="0 0 0" />

      <geometry>

        <mesh

          filename="package://gazebo_demo1/meshes/LB_LINK.STL" />

      </geometry>

    </collision>



  </link>

  <joint

    name="LB_JOINT"

    type="continuous">

    <origin

      xyz="-0.045 0.0325 0"

      rpy="1.5708 0 0" />

    <parent

      link="base_link" />

    <child

      link="LB_LINK" />

    <axis

      xyz="0 0 1" />
    <dynamic damping="0.7" friction="0.5" />
    <limit effort="0.2" velocity="10" />



  </joint>

  <link

    name="RF_LINK">

    <inertial>

      <origin

        xyz="0.01 -1.85843759880028E-18 0"

        rpy="0 0 0" />

      <mass

        value="0.0108630528372501" />

      <inertia

        ixx="1.06775440310417E-07"

        ixy="1.5173510835766E-22"

        ixz="-9.00355753711158E-24"

        iyy="7.38080724035423E-07"

        iyz="-3.49483808803654E-24"

        izz="7.99593444190632E-07" />

    </inertial>

    <visual>

      <origin

        xyz="0 0 0"

        rpy="0 0 0" />

      <geometry>

        <mesh

          filename="package://gazebo_demo1/meshes/RF_LINK.STL" />

      </geometry>

      <material

        name="">

        <color

          rgba="0.529411764705882 0.549019607843137 0.549019607843137 1" />

      </material>

    </visual>

    <collision>

      <origin

        xyz="0 0 0"

        rpy="0 0 0" />

      <geometry>

        <mesh

          filename="package://gazebo_demo1/meshes/RF_LINK.STL" />

      </geometry>

    </collision>



  </link>

  <joint

    name="RF_JOINT"

    type="continuous">

    <origin

      xyz="0.045 -0.0325 0"

      rpy="1.5708 0 0" />

    <parent

      link="base_link" />

    <child

      link="RF_LINK" />

    <axis

      xyz="0 0 1" />
    <dynamic damping="0.7" friction="0.5" />
    <limit effort="0.2" velocity="10" />

    

  </joint>

  <link

    name="RB_LINK">

    <inertial>

      <origin

        xyz="0.01 -1.6227366665734E-18 0"

        rpy="0 0 0" />

      <mass

        value="0.0108630528372501" />

      <inertia

        ixx="1.06775440310417E-07"

        ixy="1.36659023251123E-22"

        ixz="1.17764472964423E-23"

        iyy="7.38080724035423E-07"

        iyz="-1.6130021944784E-24"

        izz="7.99593444190632E-07" />

    </inertial>

    <visual>

      <origin

        xyz="0 0 0"

        rpy="0 0 0" />

      <geometry>

        <mesh

          filename="package://gazebo_demo1/meshes/RB_LINK.STL" />

      </geometry>

      <material

        name="">

        <color

          rgba="0.529411764705882 0.549019607843137 0.549019607843137 1" />

      </material>

    </visual>

    <collision>

      <origin

        xyz="0 0 0"

        rpy="0 0 0" />

      <geometry>

        <mesh

          filename="package://gazebo_demo1/meshes/RB_LINK.STL" />

      </geometry>

    </collision>



  </link>

  <joint

    name="RB_JOINT"

    type="continuous">

    <origin

      xyz="-0.045 -0.0325 0"

      rpy="1.5708 0 0" />

    <parent

      link="base_link" />

    <child

      link="RB_LINK" />

    <axis

      xyz="0 0 1" />
    <dynamic damping="0.7" friction="0.5" />
    <limit effort="0.2" velocity="10" />

    

  </joint>



  <gazebo reference="base_link">
    <mu>0.2</mu>
    <mu2>0.2</mu2>

    <material>Gazebo/Black</material>

  </gazebo>



  <gazebo reference="LF_LINK">
    <mu1>0.8</mu1>
    <mu2>0.8</mu2>

    <material>Gazebo/Black</material>

  </gazebo>



  <gazebo reference="LB_LINK">
    <mu1>0.8</mu1>
    <mu2>0.8</mu2>

    <material>Gazebo/Black</material>

  </gazebo>



  <gazebo reference="RF_LINK">
    <mu1>0.8</mu1>
    <mu2>0.8</mu2>

    <material>Gazebo/Black</material>

  </gazebo>



  <gazebo reference="RB_LINK">
    <mu1>0.8</mu1>
    <mu2>0.8</mu2>

    <material>Gazebo/Black</material>

  </gazebo>



  <transmission name="LF_JOINT_trans">

    <type>transmission_interface/SimpleTransmission</type>

    <joint name="LF_JOINT">

      <hardwareInterface>hardware_interface/PositionJointInterface</hardwareInterface>

    </joint>

    <actuator name="LF_JOINT_motor">

      <hardwareInterface>hardware_interface/PositionJointInterface</hardwareInterface>

      <mechanicalReduction>1</mechanicalReduction>

    </actuator>

  </transmission>



  <transmission name="LB_JOINT_trans">

    <type>transmission_interface/SimpleTransmission</type>

    <joint name="LB_JOINT">

      <hardwareInterface>hardware_interface/PositionJointInterface</hardwareInterface>

    </joint>

    <actuator name="LB_JOINT_motor">

      <hardwareInterface>hardware_interface/PositionJointInterface</hardwareInterface>

      <mechanicalReduction>1</mechanicalReduction>

    </actuator>

  </transmission>



  <transmission name="RF_JOINT_trans">

    <type>transmission_interface/SimpleTransmission</type>

    <joint name="RF_JOINT">

      <hardwareInterface>hardware_interface/PositionJointInterface</hardwareInterface>

    </joint>

    <actuator name="RF_JOINT_motor">

      <hardwareInterface>hardware_interface/PositionJointInterface</hardwareInterface>

      <mechanicalReduction>1</mechanicalReduction>

    </actuator>

  </transmission>



  <transmission name="RB_JOINT_trans">

    <type>transmission_interface/SimpleTransmission</type>

    <joint name="RB_JOINT">

      <hardwareInterface>hardware_interface/PositionJointInterface</hardwareInterface>

    </joint>

    <actuator name="RB_JOINT_motor">

      <hardwareInterface>hardware_interface/PositionJointInterface</hardwareInterface>

      <mechanicalReduction>1</mechanicalReduction>

    </actuator>

  </transmission>







</robot>

2.编辑yaml文件

文件名为：joint_names_gazebo_demo1.yaml

这里的话，一定要注意调好PID参数，如果PID参数设置不对的话，关节轻则颤动，重则乱动，根本不受控制，所以如果gazebo软件一加载进去模型，还没有运行控制程序模型就在乱动，一般情况就是PID参数设置有问题（还有可能就是惯性矩阵设置有问题，不过如果是solidworks软件的插件导出来的话，是非常精确没有问题的），重新调整PID参数之后再次载入试试，一直等到载入模型之后关节不乱动为止。

完整的yaml文件内容如下：

gazebo_demo1:

 

  # Publish all joint states -----------------------------------

 

  joint_state_controller:

 

    type: joint_state_controller/JointStateController

 

    publish_rate: 50  

 

 

 

  # Position Controllers ---------------------------------------

 

  lf_position_con:

 

    type: position_controllers/JointPositionController

 

    joint: LF_JOINT

 

    #pid: {p: 1.0, i: 0.01, d: 0.0}



  lb_position_con:

 

    type: position_controllers/JointPositionController

 

    joint: LB_JOINT

 

    #pid: {p: 1.0, i: 0.01, d: 0.0}



  rf_position_con:

 

    type: position_controllers/JointPositionController

 

    joint: RF_JOINT

 

    #pid: {p: 1.0, i: 0.01, d: 0.0}



  rb_position_con:

 

    type: position_controllers/JointPositionController

 

    joint: RB_JOINT

 

    #pid: {p: 1.0, i: 0.01, d: 0.0}

 

 

 

gazebo_demo1/gazebo_ros_control/pid_gains:

  LF_JOINT: {p: 1.0, i: 0.0, d: 0.0}

  LB_JOINT: {p: 1.0, i: 0.0, d: 0.0}

  RF_JOINT: {p: 1.0, i: 0.0, d: 0.0}

  RB_JOINT: {p: 1.0, i: 0.0, d: 0.0}

3.编辑launch启动文件

这里的launch文件名为：gazebo.launch。

launch文件主要需要注意的是载入的关节控制器名称，要把所有的关节控制器全部载入。

完整的launch文件内容如下：

<launch>

 

  <param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro $(find gazebo_demo1)/urdf/gazebo_demo1.urdf.xacro" />

 

  <!-- these are the arguments you can pass this launch file, for example paused:=true -->

  <arg name="paused" default="false"/>

  <arg name="use_sim_time" default="true"/>

  <arg name="gui" default="true"/>

  <arg name="headless" default="false"/>

  <arg name="debug" default="false"/>

 

  <!-- We resume the logic in empty_world.launch, changing only the name of the world to be launched -->

  <include file="$(find gazebo_ros)/launch/empty_world.launch">

    <arg name="world_name" value="$(find gazebo_demo1)/worlds/gazebo_demo1.world"/>

    <arg name="debug" value="$(arg debug)" />

    <arg name="gui" value="$(arg gui)" />

    <arg name="paused" value="$(arg paused)"/>

    <arg name="use_sim_time" value="$(arg use_sim_time)"/>

    <arg name="headless" value="$(arg headless)"/>

  </include>

 

 

  <node name="urdf_spawner" pkg="gazebo_ros" type="spawn_model" respawn="false" output="screen"

    args="-urdf -model myrobot -param robot_description"/>

 

 

  <rosparam file="$(find gazebo_demo1)/config/joint_names_gazebo_demo1.yaml" command="load"/>

 

  <node name="controller_spawner" pkg="controller_manager" type="spawner" respawn="false"

  output="screen" ns="/gazebo_demo1" args="lf_position_con

                                                 lb_position_con

                                                 rf_position_con

                                                 rb_position_con

"/>

 

  <node name="robot_state_publisher" pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher"

  respawn="false" output="screen">

    <remap from="/joint_states" to="/gazebo_demo1/joint_states" />

  </node>

 

 

 

</launch>

一般来说在编辑好了launch文件之后，就可以直接运行launch文件启动gazebo查看模型了，如果模型一切正常，那么我们可以运行接下来的控制程序对关节进行控制，如果不正常的话，我们继续修改以上的参数（具体修改哪些参数上面已经给出，不再重复）。

打开模型看看：

Gazebo仿真小例程二（四自由度机器人）_nanopi k2_02

4.编写cpp控制程序

编写cpp控制程序，我们的cpp文件名为:gazebo_demo1.cpp。

这里的cpp文件主要是向ros_control发布的每个关节控制器对应的command话题上发布关节位置消息，当我们发布关节位置消息之后，就可以看到gazebo软件里面机器人模型的相应的关节运行到了我们发布的位置。

cpp完整程序如下：

#include "ros/ros.h"
#include "std_msgs/Float64.h" 
#include <sstream>
 
int main(int argc, char  *argv[])
{   
    setlocale(LC_ALL,"");
    ros::init(argc,argv,"control_gazebo_demo1");
    ros::NodeHandle nh;
    ros::Publisher pub_lf = nh.advertise<std_msgs::Float64>("/gazebo_demo1/lf_position_con/command",10);
    ros::Publisher pub_lb = nh.advertise<std_msgs::Float64>("/gazebo_demo1/lb_position_con/command",10);
    ros::Publisher pub_rf = nh.advertise<std_msgs::Float64>("/gazebo_demo1/rf_position_con/command",10);
    ros::Publisher pub_rb = nh.advertise<std_msgs::Float64>("/gazebo_demo1/rb_position_con/command",10);
    std_msgs::Float64 control_gazebo_demo1;
    control_gazebo_demo1.data=0.0;
    bool flag=0;//0weizeng 1weijian
    ros::Rate r(15);
    while (ros::ok())
    {

        pub_lf.publish(control_gazebo_demo1);
        pub_lb.publish(control_gazebo_demo1);
        pub_rf.publish(control_gazebo_demo1);
        pub_rb.publish(control_gazebo_demo1);
        control_gazebo_demo1.data+=0.1;
        r.sleep();
        
        ros::spinOnce();
    }
    return 0;
}

5.运行效果

我们把第四步里面的程序编译运行，然后查看效果：


Gazebo仿真例程——4自由度关节


可以看到，机器人已经动起来了，地面有点滑，导致会有滑动，接下来再修改参数试试。

6.完整功能包源码

完整的功能包源码在这里：

​​https://gitee.com/li9535/gazebo_simulation_ros_package​​

举报

相关推荐

Gazebo仿真小例程三（八自由度机器人——白泽）

白泽gazeborosnanopirk3328编程语言

车辆四自由度垂向模型平稳性

四自由度垂向模型平稳性sperlingB级路面编程语言

ESP32（MicroPython） 网页控制四自由度机械臂

http网络协议网络

【机器人学2】二自由度机械臂建模及控制

自动驾驶算法matlabTime机械臂JavaScript前端开发

MATLAB仿真Gough-Stewart并联机器人斯图尔特6自由度并联机器人逆运动学仿真 动力学控制pid控制

MATLAB移动平台html代码人生

Gazebo仿真小例程一（通过例程熟悉整个仿真步骤）

nanopi k2rk3328ROS机器人白泽机器人编程语言

UR5e机器人Gazebo仿真模拟

javascript

阿克曼结构移动机器人的gazebo仿真（四）

人工智能

【机器人工具箱Robotics Toolbox开发笔记（十三）】三自由度机器人圆弧轨迹规划仿真实例

vscodeide编辑器

【机器人工具箱Robotics Toolbox开发笔记（十五）】六自由度机器人笛卡尔空间轨迹规划仿真实例

OpenAPIKnife4jidespring boot
0 条评论