《鸿蒙机器人编程》实训指南

从0到1搭建ROS环境课程内容： 本节将从安装Ubuntu开始从0到1逐步安装及搭建好ROS环境教学目标：掌握如何安装Ubuntu系统掌握如何安装及搭建ROS环境一．安装Ubuntu注意！>/etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list'或来自国内清华的安装源:$sudosh-c'./etc/lsb-release&&echo"deb/ros/ubuntu/`lsb_release-cs`main">/etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list'或来自国内中科大的安装源:$sudosh-c'./etc/lsb-release&&echo"deb/ros/ubuntu/`lsb_release-cs`main">/etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list'第三步：设置Key这一步是为了确认原始的代码是正确的，并且没有人在未经所有者授权的情况下修改任何程序代码。通常情况下，当添加完软件库时，你就已经添加了软件库的密钥，并将其添加到操作系统的可信任列表中。$sudoaptinstallcurl$curl-s/ros/rosdistro/master/ros.asc|sudoapt-keyadd-现在我们能够确定代码来自授权网站并且没有被修改。第四步：安装ROS1.安装现在准备开始安装ROS。在开始之前最好先升级一下软件，避免错误的库版本或软件版本产生各种问题。输入以下命令升级该软件：$sudoapt-getupdateROS非常大，相关功能包非常多，根据不同用途，提供了三种安装方式：1）完全版安装最简单的安装方式（并且是推荐的安装方式，但你需要足够大的硬盘空间）就是桌面完整安装（desktop-full）。这将安装ROS、rqt工具箱、rviz可视化环境（3D）、通用机器人库、2D（如stage）和3D（如gazebo）仿真环境、导航工功能包集（移动、定位、地图绘制、机械臂控制），以及其他感知库，如视觉、激光雷达和RGBD摄像头（深度摄像头）：$sudoaptinstallros-noetic-desktop-full2）桌面版安装如果你没有足够的硬盘空间，或更喜欢安装特定部分的功能包集，那么第一次安装可以仅安装桌面安装文件，包括ROS、rqt工具箱、rviz和其他通用机器人库。之后在需要的时候，再安装其他功能包集（使用apt命令并查找ros-noetic-*功能包集）：$sudoaptinstallros-noetic-desktop3）基础版安装如果你只是想尝试一下，请安装ROS-base。ROS-base通常直接安装在机器人上，尤其是机器人没有屏幕和人机界面，只能TTY远程登录的情况下。它只安装ROS的编译和通信包，而没有任何的GUI工具。在BeagleBoneBlack（BBB）中，你将使用下面命令：$sudoaptinstallros-noetic-ros-base2.配置环境若安装过程中没有报错，那么恭喜你！说明你已经成功安装ROS！原理上，你已经可以使用ROS相关的功能了。但为了方便使用ROS相应的可执行程序或命令，即为了让系统知道可执行或二进制文件以及其他命令的位置，通常需要进行环境变量的设置。具体在终端运行如下脚本：$source/opt/ros/noetic/setup.bash如果你安装了多个ROS版本，可将上面的noetic替换成你想要使用的版本。注意：每个需要使用ROS命令的终端，都需要手动运行上面的脚本。如果你在命令行中输入roscore，那么将看到有程序启动。这是用来测试是否完成ROS安装以及是否正确安装最好的方法。.bashrc文件在用户的home文件夹下（/home/USERNAME/.bashrc）。每次用户打开终端，这个文件会加载命令行或终端的配置。所以你可以添加命令或进行配置以方便用户使用。出于这个原因，我们将在.bashrc文件结束时添加脚本，以避免我们每次打开一个新终端时都要重复输入命令。我们用下面命令：$echo"source/opt/ros/noetic/setup.bash">>~/.bashrc如果要使配置生效，你必须使用下面的命令去执行这个文件，或关闭当前终端，打开另一个新终端：$source~/.bashrc一些用户需要在他们的系统中安装不止一个ROS的发行版。由于每次调用脚本都会覆盖系统当前配置，所以~/.bashrc只能设置你正在使用的那一个版本的setup.bash。为了实现在几个发行版之间切换，你需要调用不同的setup.bash脚本。例如，在.bashrc文件下面可能有这么几行代码：…source/opt/ros/indigo/setup.bashsource/opt/ros/jade/setup.bashsource/opt/ros/kinetic/setup.bashsource/opt/ros/melodic/setup.bashsource/opt/ros/noetic/setup.bash在这种情况下，ROSMelodic版本将被执行。所以你必须确保将要运行的版本是文件中的最后一个，建议只导入单独一个setup.bash。如果你想通过终端检查使用的版本，可以非常简单地使用以下命令。$echo$ROS_DISTRO如果一切正常，你会在终端中看到以下内容。3.安装ROS指定功能包额外功能包安装无论你选择哪一个选项进行安装，你都可以独立安装特定的ROS功能包集（将PACKAGE替换成给定功能包集的名称）：$sudoaptinstallros-noetic-PACKAGE4.安装rosinstall到目前为止，你已经安装了运行核心ROS包所需的内容。为了创建忽然管理自己的ROS工作区，有各种各样色工作和需求。例如：rosinstall是一个经常使用命令行工具，他使你能够轻松地从一个命令下载许多ROS包的源树。要安装这个工具和其他构建ROS包的依赖项，请运行：$sudoaptinstallpython3-rosdeppython3-rosinstallpython3-rosinstall-generatorpython3-wstoolbuild-essential5.安装rosdep在使用ROS之前，必须先安装和初始化rosdep命令行工具。这可以使你轻松地安装库和编译源代码时的系统依赖，来运行在ROS中的一些核心组件。你必须安装完ROS后再使用rosdep，因为它是一个独立的工具。现在rosdep默认安装在ROS中。你可以使用下面的命令安装和初始化rosdep：$sudoaptinstallpython3-rosdep$sudorosdepinit$rosdepupdate

运行第一个ROS程序课程内容： 本节将启动turtlesim小乌龟程序，通过本章内容，可了解启动ROS程序的命令，以及熟悉启动ROS程序的流程。教学目标：熟悉启动ROS程序流程掌握ROS常用命令掌握rqt工具的使用一．turtlesim小乌龟仿真程序这是一个经常被用来展示ROS程序特点的小例子。安装ROS通常就已经自带了turtlesim这个程序，如果没有，可通过下面的命令进行安装:$sudoapt-getinstallros-noetic-turtlesim启动ROS管理器：roscore打开一个终端，输入以下命令：$roscoreroscore将启动:aROS

MasteraROS

ParameterServera

rosout

loggingnode运行功能包：rosrun打开一个新的终端，并输入以下命令启动turtlesimdemo。$rosrunturtlesimturtlesim_node(语法:rosrun<package><executable>)turtlesim就是一个功能包，这个功能包下面会有一个可执行的程序就是这个可执行程序的名字。可执行程序的文件名就是turtlesimnode。所以这句话的意思就是rosrun就是说我要启动启动turtlesim这个包下面的node节点。查看话题：rostopiclist显示ROS节点所发布的所有话题。$rostopiclist我们把这个当前启动起来机械系统的这个话题用rostopiclist这样一个命令列出来。发送单个话题：rostopicpubpub就是要用这个工具来去发送消息，所以这个pub就是publish的缩写，就是发送消息。目的：让海龟以0.2m/s爬行。方法：发布cmd_velmessage给/turtle1/cmd_vel的x:完整命令$rostopicpub/turtle1/cmd_velgeometry_msgs/Twist'{linear:{x:0.2,y:0,z:0},angular:{x:0,y:0,z:0}}'简化命令$rostopicpub/turtle1/cmd_velgeometry_msgs/Twist'{linear:{x:0.2}}'速度消息分成两部分一部分是线速度，就是linear；angular是角速度。我们用xyz这三个轴上的向量来去描述速度。x这个朝向的话，就是他正前方速度是0.2米每秒。在他侧向没有速度。在z轴就是在垂直方向也是没有速度的。那么这样的话就描述了线速度。角速度同样就是说绕着这个小乌龟的哪个轴来去转动的这个角速度。通过这样一个命令就可以让这个小乌龟以0.2米每秒这个速度来去爬行了。这个命令实际上是可以简化成下面的msgs。连续自动发送给话题：rostopicpub如果我想循环的发送同样的这个消息，比如说我想让他这个持续的发送这个消息就用到了下面的这个参数。参量：-r单位Hz(defaultis10Hz)。例如让海龟连续转圈圈：$rostopicpub/turtle1/cmd_vel-r10geometry_msgs/Twist'{linear:{x:0.2,y:0,z:0},angular:{x:0,y:0,z:0.5}}'发送一个既有线速度也有角速度的这样一个速度，他就转圈圈了。我们速度消息的这个软件总线上发。以10赫兹的频率来发送这个消息。这个消息类型跟前面的这个消息类型一致，linear跟前面这个是一样的。这里面多了一个角速度就是绕着Z轴0.5弧度每秒这样一个速度来去做角速度，那么这样话他就会就会转圈圈了。让海龟转起来消息格式定义：rosmsg使用rosmsg工具查看geometry_msgs/Twist消息格式定义$rosmsgshowgeometry_msgs/Twist这个消息分成两部分：一部分是linear，一部分是这个angular。linear是一个向量，这个向量的每一个分量是三个浮点数；angular这个向量也是3个浮点数。记录ROSTopic：rosbagrecord记录所有topic（-a）：$rosbagrecord-a-Ocmd_vel_record-a是把所有的topic都给记录下来，-O是把数据都记录下来，存储到cmd_velrecord这样一个文件里面。在同一终端按Ctrl+C结束记录。回放cmd_vel_record.bag(先Ctrl+C停止原来转圈命令的topic发布)。$rosbagplaycmd_vel_record.bag你会发现海龟会像先前的记录装态重新转起来！使用rqt_graph打开rqt_graph:$rqt_graph刚才我们说了rosrun启动个turtlesim这个程序之后，实际上就是启动了一个机器人系统。相当于启动了机械系统。那么这个机械系统他都有哪些节点，这些节点之间是通过哪些话题来去通信的。我们可以用rqtgraph可以看到数据在几个node之间的传递。用rqtgraph就可以把前面说这个计算图给呈现出来使用ROSservice可使用rosservice命令调用一只新的海龟:$rosservicecall/spawn'{x:1.0,y:1.0,theta:1.0,name:''}'也可使用rqt中的servicecaller:$rqt在rqt窗口的工具栏选择Plugins->Services->ServiceCallerService栏选中/spawn

实践课-动手编译及运行第一个ROS程序课程内容：本节将对Turtlesim功能包进行简单解读，了解功能包结构，创建及编译工作空间，了解launch文件作用及roslaunch命令使用。教学目标：了解Turtlesim功能包结构掌握工作空间运行机制掌握launch文件使用一．功能包解析1.Turtlesim功能包结构Turtlesim功能包下主要有images、include、launch、msg、srv、src、tutorials活页夹及CMakeLists.txt和package.xml文件。Images--海龟图片，用于程序加载和显示Include--功能包头文件launch--启动的配置文件msg、srv--topic和service的数据类型定义文件src--海龟绘制的源代码文件tutorials--控制海龟运动的源代码文件功能包共有四个node：turtlesim_node：用来绘制窗口及turtlesim，并通过topic和service提供了控制turtlesim的相关接口；teleop_turtle_key：利用turtlesim的相关接口用键盘控制turtlesim的运动；draw_square：利用相关接口控制turtlesim给出矩形轨迹；mimic：提供了复制海龟运动的接口。后三个node是控制turtlesim的三种方式示例，放在tutorials文件夹。2.核心代码简单解读①TurtleApp类节点turtlesim_node的入口在turtlesim.cpp中，通过QApplication的继承类TurtleApp实现QT程序的初始化，并完成了node的初始化；创建TurtleFrame对象，显示窗口；最后通过QApplication::exec()进入事件循环。node的实例化使用了boost的智能指针，因为在包含档turtle_frame.h中已经进行了对NodeHandle实例化，所以此处使用了reset()，以保证智能指针的正常自动销毁。使用智能指针保证了NodeHandle同一实例对象在TurtleFrame类中的正常使用。具体代码如下：②TurtleFrame类TurtleFrame继承自QFrame类，实现有框架的窗口部件。其主要作用是窗口部件与事件管理、海龟图片加载显示。它提供了clear、reset、spawn、kill四个service用来提供海龟的生成与销毁等操作调用接口。clearCallback通过调用clear函数，用预定的背景色重绘窗口。但并未对海龟图片作任何操作，也就是说只重置背景及清除海龟运动轨迹。实现如下：resetCallback先清空存放海龟对象的map，再重新生成海龟，最后调用clear函数。实现如下：spawnCallback通过spawnTurtle函数以服务调用请求的位置、朝向及名字参数生成海龟。此处会对海龟命名重名给出出错提示。实现如下：killCallback就是删除指定名的海龟，实际是通过key清除存放海龟对象map的相应条目，调用update()实现重绘。实现如下：QT绘制事件及ROS事件QT绘制事件通过update()手动触发或窗口变动自动触发，然后通过重写的paintEvent虚函数槽实现绘制。实现如下：ROS事件通过QT的信号槽机制以16ms为周期进行，用onupdate()函数槽实现。③Turtle类实际上海龟的运动是通过海龟图片的平移与旋转实现的。具体代码在Turtle类中，共有一个订阅的TOPIC、两个发布的TOPIC及三个SERVICE。订阅的TOPIC为：cmd_velcmd_vel：订阅海龟控制的速度信息发布的TOPIC为：pose、color_sensorpose：发布海龟的位置、朝向、及线速度和角速度color_sensor：发布海龟底层的颜色三个服务为：set_pen、teleport_relative、teleport_absoluteset_pen：为设置画笔颜色及宽度的服务接口teleport_relative：以相对位置控制海龟运动teleport_absolute：以绝对位置控制海龟运动turtle对象创建中，同时以生成的海龟名为参数对NodeHandle进行了实例化，所以上面提到的发布的TOPIC及提供的SERVICE都是有海龟名这个命名空间的。二.创建及编译工作空间$mkdir-pcatkin_ws/src在终端上，利用cd命令进入工作空间，然后用catkin_make编译。$cd~/catkin_ws

$catkin_make或$cd~/catkin_ws$catkin_make-DCATKIN_WHITELIST_PACKAGES=“turtlesim”1.将项目源代码中的turtlesim功能包复制到工作空间的src目录下2.编译turtlesim功能包$cd~/catkin_ws

$catkin_make3.新建终端，运行roscore$roscore4.动手运行ROS节点，控制小乌龟运动运行小乌龟节点$sourcedevel/setup.bash$rosrunturtlesimturtlesim_node查看发布的TOPIC及其数据和提供的服务，rostopic和rosservice工具$rostopiclist让海龟作圆周运动(可使用rqt工具)：$rostopicpub-r10/turtle1/cmd_velgeometry_msgs/Twist'{linear:{x:0.2,y:0,z:0},angular:{x:0,y:0,z:0.3}}'生成新的海龟(可使用rqt工具)：$roservicecallspawn330myturtle启动键盘控制：$rosrunturtlesimturtle_teleop_key5.查看launch文件，运行roslaunch启动launch文件：$roslaunchturtlesimmultisim.launch启动launch文件后，可通过一个键盘控制两只启动的小乌龟（键盘控制其中一只小乌龟，另一只小乌龟模仿其运动）。下图示例是用键盘控制小乌龟，也可以通过其它控制方式，如TOPIC工具。此处要体验一下命名空间的作用。

建造自己机器人的3D模型课程内容： 本节主要介绍机器人仿真的相关内容，结合Rviz和Gazebo进行集成使用教学目标：掌握在Rviz中显示机器人模型掌握在Gazebo中显示机器人模型掌握如何在Gazebo中控制机器人运动一．在Rviz中显示机器人模型实现流程：第一步（准备）：新建功能包，导入依赖第二步（核心）：编写urdf文件第三步（核心）：在launch文件集成URDF与RViz第四步（结果）：在RViz中显示机器人模型1.新建功能包首先进入工作空间catkin_ws的src目录下，创建名为“spark_description”的功能包，并为其导入相关依赖$cdcatkin_ws/src/$catkin_create_pkgspark_descriptionroscpprospyurdftfgeometry_msgsstd_msgs2.编写urdf文件（用urdf构建一台极简的spark机器人模型）①进入spark_description功能包，创建urdf文件夹，用于存放urdf文件。$cdspark_description$mkdirurdf②导入机器人模型素材，在项目源代码中将meshes文件夹复制到此功能包下项目源码路径：复制到创建的功能包下：③创建urdf文件（spark_description_simple.urdf）将项目源代码中的spak_description_simple.urdf文件复制到urdf文件夹下我们首先创建一个urdf文件去描述一台极简的spark机器人，用robot标签将机器人各部分包含进来。起名为sparkbase，每部分用link标签去表示，分别用joint将各部分连接。下面是详细代码：<robotname="spark_base"> <linkname="base_footprint"/> <linkname="base_link"> <visual> <origin xyz="000" rpy="000"/> <geometry> <mesh filename="package://spark_description/meshes/spark/base/spark_base.DAE"/> </geometry> </visual> </link> <jointname="base_joint"type="fixed"> <origin xyz="000.01" rpy="000"/> <parentlink="base_footprint"/> <childlink="base_link"/> </joint> <linkname="left_wheel_link"> <visual> <origin xyz="000" rpy="000"/> <geometry> <mesh filename="package://spark_description/meshes/spark/base/left_wheel.DAE"/> </geometry> </visual> </link> <jointname="left_wheel_joint"type="continuous"> <origin xyz="0-0.1310.024" rpy="000"/> <axisxyz="010"/> <parentlink="base_link"/> <childlink="left_wheel_link"/> </joint> <linkname="right_wheel_link"> <visual> <origin xyz="000" rpy="000"/> <geometry> <mesh filename="package://spark_description/meshes/spark/base/right_wheel.DAE"/> </geometry> </visual> </link> <jointname="right_wheel_joint"type="continuous"> <origin xyz="00.1310.024"rpy="000"/> <axisxyz="010"/> <parentlink="base_link"/> <childlink="right_wheel_link"/> </joint> <linkname="spark_stack"><visual><origin xyz="000"rpy="000"/><geometry><meshfilename="package://spark_description/meshes/spark/stack/spark_stack.DAE"/></geometry></visual></link><jointname="spark_stack_joint"type="fixed"><origin xyz="000" rpy="000"/><parentlink="base_link"/><childlink="spark_stack"/></joint></robot>3.在launch文件集成URDF与RViz①创建launch文件夹，用于存放launch文件$mkdirlaunch$cdlaunch②创建launch文件将项目源代码中的spark_description_simple.launch文件复制到此launch文件夹中③导入Rviz环境，将项目源代码中的rviz文件夹复制到功能包下用urdf文件描述出机器人的基本信息后，我们就可以在rviz里面通过launch文件来启动它。launch文件中，根标签就是launch，然后定义几个在launch文件里面用到的参数。model就是机器人的模型描述文件；usegui表示是否使用gui；publishdefaultpositions表示是否发布这个位置信息。然后我们用一个param标签来将model上传到参数服务器，命名为robotdescription。launch文件的具体编写如下：<launch><argname="model"default="$(findspark_description)/urdf/teaching/spark_description_simple.urdf"/><argname="use_gui"default="false"/><argname="publish_default_positions"default="true"/><paramname="robot_description"command="$(findxacro)/xacro$(argmodel)"/><nodename="joint_state_publisher"pkg="joint_state_publisher"type="joint_state_publisher"> <paramname="use_gui"value="$(arguse_gui)"/> <paramname="publish_default_positions"value="$(argpublish_default_positions)"/> <rosparamparam="source_list">["wheel_states"]</rosparam></node><nodename="robot_state_publisher"pkg="robot_state_publisher"type="robot_state_publisher"/><nodepkg="rviz"type="rviz"name="rviz"args="-d$(findurdf_demo_rviz)/config/urdf.rviz"/></launch>4.在RViz中显示机器人模型用下列命令，启动构造好的spark机器人：$cdcatkin_ws$sourcedevel/setup.bash$roslaunchspark_descriptionspark_description_simple.launch下面是运行界面截图：二．在Gazebo中显示机器人模型实现流程：第一步（核心）：编写urdf文件第二步（核心）：编写launch文件第三步（结果）：在Gazebo中显示机器人模型1.编写urdf文件将项目源代码中的spark_description_gazebo_simple.urdf文件复制到此urdf文件夹中如何修改上面的urdf文件使机器人在Gazebo中显示？必须步骤

：在每一个<link>内添加<inertia>标签。可选步骤

：在每一个<link>内添加<gazebo>标签。将外观颜色转换成Gazebo格式；将stl文件转换成dae文件，获得更好的渲染效果；添加传感器插件。在<robot>标签内添加<gazebo>。为了防止机器人陷入障碍物，我们增加了碰撞模型标签。此标签设置了碰撞模型的位置、姿态以及碰撞几何体，以便机器人能够进行碰撞检测。具体代码如下：<robotname="spark"> <linkname="base_footprint"/> <linkname="base_link"> <inertial> <origin xyz="000"rpy="000"/> <mass value="0.916261377"/> <inertiaixx="0.001"ixy="0.0"ixz="0.0" iyy="0.001"iyz="0.0" izz="0.001"/> </inertial> <visual> <origin xyz="000" rpy="000"/> <geometry> <mesh filename="package://spark_description/meshes/spark/base/spark_base.DAE"/> </geometry> </visual> <collision> <origin xyz="000"rpy="000"/> <geometry> <mesh filename="package://spark_description/meshes/spark/base/spark_base.DAE"/> </geometry> </collision> </link> <jointname="base_joint"type="fixed"> <origin xyz="000.01" rpy="000"/> <parentlink="base_footprint"/> <childlink="base_link"/> </joint> <linkname="left_wheel_link"> <inertial> <massvalue="0.01"/> <originxyz="000"/> <inertiaixx="0.001"ixy="0.0"ixz="0.0" iyy="0.001"iyz="0.0" izz="0.001"/> </inertial> <visual> <origin xyz="000"rpy="000"/> <geometry> <mesh filename="package://spark_description/meshes/spark/base/left_wheel.DAE"/> </geometry> </visual> <collision> <origin xyz="000" rpy="000"/> <geometry> <mesh filename="package://spark_description/meshes/spark/base/left_wheel.DAE"/> </geometry> </collision> </link> <jointname="left_wheel_joint"type="continuous"> <origin xyz="0-0.1310.024"rpy="000"/> <axisxyz="010"/> <parentlink="base_link"/> <childlink="left_wheel_link"/> </joint> <linkname="right_wheel_link"> <inertial> <massvalue="0.01"/> <originxyz="000"/> <inertiaixx="0.001"ixy="0.0"ixz="0.0" iyy="0.001"iyz="0.0" izz="0.001"/> </inertial> <visual> <origin xyz="000" rpy="000"/> <geometry> <mesh filename="package://spark_description/meshes/spark/base/right_wheel.DAE"/> </geometry> </visual> <collision> <origin xyz="000"rpy="000"/> <geometry> <mesh filename="package://spark_description/meshes/spark/base/right_wheel.DAE"/> </geometry> </collision> </link> <jointname="right_wheel_joint"type="continuous"> <origin xyz="00.1310.024"rpy="000"/> <axisxyz="010"/> <parentlink="base_link"/> <childlink="right_wheel_link"/> </joint><linkname="spark_stack"><inertial><origin xyz="000" rpy="000"/><massvalue="0.224592038"/><inertiaixx="0.052467491"ixy="-0.000000000"ixz="0.001956704"iyy="0.055610919"iyz="0.000000000"izz="0.012118046"/></inertial><visual><origin xyz="000" rpy="000"/><geometry><meshfilename="package://spark_description/meshes/spark/stack/spark_stack.DAE"/></geometry></visual><collision><originxyz="000"rpy="000"/><geometry><meshfilename="package://spark_description/meshes/spark/stack/spark_stack.DAE"/></geometry></collision></link><jointname="spark_stack_joint"type="fixed"><origin xyz="000" rpy="000"/><parentlink="base_link"/><childlink="spark_stack"/></joint><transmissionname="tran1"><type>transmission_interface/SimpleTransmission</type><jointname="left_wheel_joint"><hardwareInterface>VelocityJointInterface</hardwareInterface></joint><actuatorname="motor1"><hardwareInterface>VelocityJointInterface</hardwareInterface><mechanicalReduction>1</mechanicalReduction></actuator></transmission><transmissionname="tran2"><type>transmission_interface/SimpleTransmission</type><jointname="right_wheel_joint"><hardwareInterface>VelocityJointInterface</hardwareInterface></joint><actuatorname="motor2"><hardwareInterface>VelocityJointInterface</hardwareInterface><mechanicalReduction>-1</mechanicalReduction></actuator></transmission><gazebo><pluginname="gazebo_ros_control"filename="libgazebo_ros_control.so"><robotNamespace>/</robotNamespace><robotSimType>gazebo_ros_control/DefaultRobotHWSim</robotSimType></plugin></gazebo> </robot>2.编写launch文件将项目源代码中的spark_gazebo_simple.launch文件复制到此launch文件夹中具体代码如下：<launch><!--thesearetheargumentsyoucanpassthislaunchfile,forexamplepaused:=true--><argname="paused"default="false"/><argname="use_sim_time"default="true"/><argname="gui"default="true"/><argname="headless"default="false"/><argname="debug"default="false"/><!--Weresumethelogicinempty_world.launch--><includefile="$(findgazebo_ros)/launch/empty_world.launch"><argname="debug"value="$(argdebug)"/><argname="gui"value="$(arggui)"/><argname="paused"value="$(argpaused)"/><argname="use_sim_time"value="$(arguse_sim_time)"/><argname="headless"value="$(argheadless)"/></include><!--urdfxmlrobotdescriptionloadedontheParameterServer--><paramname="robot_description"command="$(findxacro)/xacro'$(findspark_description)/urdf/teaching/spark_description_gazebo_simple.urdf'"/><nodename="joint_state_publisher"pkg="joint_state_publisher"type="joint_state_publisher"></node><!--Startingrobotstatepublishwhichwillpublishtf--><nodename="robot_state_publisher"pkg="robot_state_publisher"type="robot_state_publisher"output="screen"><paramname="publish_frequency"type="double"value="50.0"/></node><!--Runapythonscripttothesendaservicecalltogazebo_rostospawnaURDFrobot--><nodename="urdf_spawner"pkg="gazebo_ros"type="spawn_model"respawn="false"output="screen" args="-urdf-modelspark-paramrobot_description"/></launch>3.在Gazebo中显示机器人模型用下列命令，将spark机器人模型加载到gazebo：$cdcatkin_ws$sourcedevel/setup.bash$roslaunchspark_descriptionspark_gazebo_simple.launch下面是运行界面截图：三．在gazebo中实现spark机器人的运动仿真实现流程：第一步（核心）：编写urdf文件第二步（核心）：创建控制器配置文件第三步（核心）：编写launch文件第四步（结果）：启动Gazebo并发布spark_controller/cmd_vel消息控制机器人运动1.编写urdf文件将项目源代码中的spark_description_gazebo.urdf文件复制到此urdf文件夹中如何修改上面的urdf文件使机器人在Gazebo中实现运动控制？必须步骤

：向URDF文件中的joint添加<transmission>标签。向URDF文件中添加ros_control插件，并添加相应插件的controller配置文件。可选步骤：

在每一个<link>内添加<gazebo>标签。将外观颜色转换成Gazebo格式；将stl文件转换成dae文件，获得更好的渲染效果；添加传感器插件。在每一个<joint>内添加<gazebo>标签。设置适当的阻尼动力系数；添加执行器控制插件。在<robot>标签内添加<gazebo>。为了完成传动所描述的这种动力驱动，我们需要加载roscontrol这个插件。这里我们用到了gazebo里面的一个插件libgazeboroscontrol。首先要在这个gazebo标签里加上plugin插件的标签，连同设置了你的插件的名字、文件名。这里面还允许你设置机器人的命名空间，还有这个机器人的仿真的类型。具体代码如下：<robotname="spark"> <linkname="base_footprint"/> <linkname="base_link"> <inertial> <origin xyz="000"rpy="000"/> <mass value="0.916261377"/> <inertiaixx="0.001"ixy="0.0"ixz="0.0" iyy="0.001"iyz="0.0" izz="0.001"/> </inertial> <visual> <origin xyz="000" rpy="000"/> <geometry> <mesh filename="package://spark_description/meshes/spark/base/spark_base.DAE"/> </geometry> </visual> <collision> <origin xyz="000"rpy="000"/> <geometry> <mesh filename="package://spark_description/meshes/spark/base/spark_base.DAE"/> </geometry> </collision> </link> <jointname="base_joint"type="fixed"> <origin xyz="000.01" rpy="000"/> <parentlink="base_footprint"/> <childlink="base_link"/> </joint> <linkname="left_wheel_link"> <inertial> <massvalue="0.01"/> <originxyz="000"/> <inertiaixx="0.001"ixy="0.0"ixz="0.0" iyy="0.001"iyz="0.0" izz="0.001"/> </inertial> <visual> <origin xyz="000"rpy="000"/> <geometry> <mesh filename="package://spark_description/meshes/spark/base/left_wheel.DAE"/> </geometry> </visual> <collision> <origin xyz="000" rpy="000"/> <geometry> <mesh filename="package://spark_description/meshes/spark/base/left_wheel.DAE"/> </geometry> </collision> </link> <jointname="left_wheel_joint"type="continuous"> <origin xyz="0-0.1310.024"rpy="000"/> <axisxyz="010"/> <parentlink="base_link"/> <childlink="left_wheel_link"/> </joint> <linkname="right_wheel_link"> <inertial> <massvalue="0.01"/> <originxyz="000"/> <inertiaixx="0.001"ixy="0.0"ixz="0.0" iyy="0.001"iyz="0.0" izz="0.001"/> </inertial> <visual> <origin xyz="000" rpy="000"/> <geometry> <mesh filename="package://spark_description/meshes/spark/base/right_wheel.DAE"/> </geometry> </visual> <collision> <origin xyz="000"rpy="000"/> <geometry> <mesh filename="package://spark_description/meshes/spark/base/right_wheel.DAE"/> </geometry> </collision> </link> <jointname="right_wheel_joint"type="continuous"> <origin xyz="00.1310.024"rpy="000"/> <axisxyz="010"/> <parentlink="base_link"/> <childlink="right_wheel_link"/> </joint><linkname="spark_stack"><inertial><origin xyz="000" rpy="000"/><massvalue="0.224592038"/><inertiaixx="0.052467491"ixy="-0.000000000"ixz="0.001956704"iyy="0.055610919"iyz="0.000000000"izz="0.012118046"/></inertial><visual><origin xyz="000" rpy="000"/><geometry><meshfilename="package://spark_description/meshes/spark/stack/spark_stack.DAE"/></geometry></visual><collision><originxyz="000"rpy="000"/><geometry><meshfilename="package://spark_description/meshes/spark/stack/spark_stack.DAE"/></geometry></collision></link><jointname="spark_stack_joint"type="fixed"><origin xyz="000" rpy="000"/><parentlink="base_link"/><childlink="spark_stack"/></joint><transmissionname="tran1"><type>transmission_interface/SimpleTransmission</type><jointname="left_wheel_joint"><hardwareInterface>VelocityJointInterface</hardwareInterface></joint><actuatorname="motor1"><hardwareInterface>VelocityJointInterface</hardwareInterface><mechanicalReduction>1</mechanicalReduction></actuator></transmission><transmissionname="tran2"><type>transmission_interface/SimpleTransmission</type><jointname="right_wheel_joint"><hardwareInterface>VelocityJointInterface</hardwareInterface></joint><actuatorname="motor2"><hardwareInterface>VelocityJointInterface</hardwareInterface><mechanicalReduction>-1</mechanicalReduction></actuator></transmission><gazebo><pluginname="gazebo_ros_control"filename="libgazebo_ros_control.so"><robotNamespace>/</robotNamespace><robotSimType>gazebo_ros_control/DefaultRobotHWSim</robotSimType></plugin></gazebo> </robot>2.创建控制器配置文件控制器的一些参数，我们通常把它写成一个配置文件。命名为controller.yaml①在功能包下创建config文件夹，用于存放配置文件$mkdirconfig$cdconfig②将项目源代码中的controller.yaml文件复制到此config文件夹中具体代码如下：joint_state_controller:type:joint_state_controller/JointStateControllerpublish_rate:20spark_controller:type:"diff_drive_controller/DiffDriveController"left_wheel:"left_wheel_joint"right_wheel:"right_wheel_joint"wheel_separation:0.11wheel_radius:0.04publish_rate:50.0#defaultsto50pose_covariance_diagonal:[0.001,0.001,1000000.0,1000000.0,1000000.0,1000.0]twist_covariance_diagonal:[0.001,0.001,1000000.0,1000000.0,1000000.0,1000.0]cmd_vel_timeout:20.0#wetestthisseparately,giveplentyfortheothertests我们这里面将控制器的这个参数写到controller.yaml，然后我们用rosparam来将这些配置参数加载到参数服务器上。这里面控制器包括jointstatecontroller和sparkcontroller。3.创建launch文件将项目源代码中的spark_gazebo.launch文件复制到此launch文件夹中具体代码如下：<launch><!--urdfxmlrobotdescriptionloadedontheParameterServer--><paramname="robot_description"command="$(findxacro)/xacro'$(findspark_description)/urdf/teaching/spark_description_gazebo.urdf'"/><nodename="joint_state_publisher"pkg="joint_state_publisher"type="joint_state_publisher"></node><!--Startingrobotstatepublishwhichwillpublishtf--><nodename="robot_state_publisher"pkg="robot_state_publisher"type="robot_state_publisher"output="screen"><paramname="publish_frequency"type="double"value="50.0"/></node><!--thesearetheargumentsyoucanpassthislaunchfile,forexamplepaused:=true--><argname="paused"default="false"/><argname="use_sim_time"default="true"/><argname="gui"default="true"/><argname="headless"default="false"/><argname="debug"default="false"/><!--Weresumethelogicinempty_world.launch--><includefile="$(findgazebo_ros)/launch/empty_world.launch"><argname="debug"value="$(argdebug)"/><argname="gui"value="$(arggui)"/><argname="paused"value="$(argpaused)"/><argname="use_sim_time"value="$(arguse_sim_time)"/><argname="headless"value="$(argheadless)"/></include><!--Runapythonscripttothesendaservicecalltogazebo_rostospawnaURDFrobot--><nodename="urdf_spawner"pkg="gazebo_ros"type="spawn_model"respawn="false"output="screen" args="-urdf-modelspark-paramrobot_description"/><!--LoadjointcontrollerconfigurationsfromYAMLfiletoparameterserver--><rosparamfile="$(findspark_description)/config/controller.yaml"command="load"/><!--loadthecontrollers--><nodename="controller_spawner"pkg="controller_manager"type="spawner"respawn="false" output="screen"args="joint_state_controllerspark_controller"/></launch>4.启动Gazebo并发布spark_controller/cmd_vel消息控制机器人运动用下列命令，将spark机器人模型加载到gazebo：$cdcatkin_ws$sourcedevel/setup.bash$roslaunchspark_descriptionspark_gazebo.launch当我们把机器人的urdf上传到服务器上，并且把它加载到gazebo。这时，我们就可以通过/spark_controller/cmd_vel话题控制spark在gazebo中运动了。当然也可以添加更多功能，例如视觉传感器等。 通过发布话题命令，控制Spark在gazebo中运动：$rostopicpub-r10/spark_controller/cmd_velgeometry_msgs/Twist'{linear:{x:1,y:0,z:0},angular:{x:0,y:0,z:0}}'

实践课-创建仿真机器人与实体机器人同步课程内容： 本节主要介绍Arbotix控制机器人模型运动的功能，以及操控实体机器人和仿真机器人的同步运动。教学目标：掌握Arbotix控制机器人模型运动掌握启动实体机器人运动的demo掌握操作实体机器人及仿真机器人进行同步运动一．控制仿真机器人运动1.准备工作先去github下载Spark的代码：$cd~$gitclone/NXROBO/spark_noetic.git在Spark的开发包里，已经包含了Spark的仿真启动环境，我们先从启动脚本入手来了解下Spark的仿真启动内容。launch文件路径： spark_noetic/src/spark/spark_description/launch/spark_description_rviz.launch2.加载模型下图是launch文件的具体内容。<!--sparkdescriptionwithrviz--><launch><argname="camera_type_tel"default="astrapro"doc="cameratypes[asatra,astrapro,d435...]"/><argname="lidar_type_tel"defaul