智能机器人技术 课件 项目11智能机器人的仿真

授课老师：连国云项目11：智能机器人的仿真《智能机器人技术》课程任务要求知识导入任务实施任务评价使用Gazebo对智能机器人进行仿真。利用单独空白场景、定位与导航测试场景、室内房间场景对智能机器人进行仿真，使用RVIZ监测仿真数据。任务要求知识导入任务实施任务评价Gazebo简介Gazebo是一个功能强大的三维物理仿真平台，具备强大的物理引擎、高质量的图形渲染、方便的编程与图形接口，最重要的还有其具备开源免费的特性。虽然Gazebo中的机器人模型与RVIZ使用的模型相同，但是需要在模型中加入机器人和周围环境的物理属性，例如质量、摩擦系数、弹性系数等。机器人的传感器信息也可以通过插件的形式加入仿真环境，以可视化的方式进行显示任务要求知识导入任务实施任务评价Gazebo的安装Gazebo在Ubuntu或者其他的Linux发行版中有着优良的工作性能，其安装与其他ROS功能包是基本一致的，主要分为2步：(1)添加源$sudosh-c'echo"deb/gazebo/ubuntu-stable`lsb_release-cs`main">/etc/apt/sources.list.d/gazebo-stable.list’$wget/gazebo.key-O-|sudoapt-keyadd-任务要求知识导入任务实施任务评价Gazebo的安装(2)安装Gazebo功能包$sudoapt-getupdate$sudoapt-getinstallgazebo9$sudoapt-getinstalllibgazebo9-dev安装成功之后，在终端中输入以下命令就可以启动Gazebo了$roscore$rosrunGazebo_rosgazebo任务要求知识导入任务实施任务评价Gazebo主工具栏左侧面板场景右侧面板Gazebo底部主工具栏任务要求知识导入任务实施任务评价Gazebo的UII：Gazebo主工具栏，它包含一些最常用的与模拟器交互的选项，三维实体操作按钮，包括移动、旋转和缩放对象等按钮；三维实体创建按钮，包括立方体、球体、圆柱体等；光源模式选择按钮，包括日光、灯光等；几何操作按钮，包括对齐、捕捉、视角转换等任务要求知识导入任务实施任务评价Gazebo的UIII：左侧面板，主要包括world、insert、layer3个选项卡WORLD：世界选项卡，显示当前在场景中的模型，并允许用户查看和修改模型参数，还可以通过展开GUI选项并调整相机姿势来更改摄像机视角INSERT：插入选项卡，在仿真的工程项目中添加新对象或模型。可以通过单击箭头以展开文件夹就可以查看模型列表LAYER：图层选项卡，在Gazebo的layer中可以包含一个或多个模型，LAYER选项可以用于组织和显示模拟中可用的不同可视化组任务要求知识导入任务实施任务评价Gazebo的UIIII：场景，这是GazeboUI界面的主要部分，用来显示仿真模型及其仿真环境，可以在这操作仿真对象，使其与环境进行交互IV：右侧面板，单击并拖动栏可以将其打开。右侧面板主要用于仿真模型的运动部件相关信息的交互，包括力、位置和速度三个选项卡。如果未在场景中选择任何模型，则面板不会显示任何信息任务要求知识导入任务实施任务评价Gazebo的UIV：Gazebo底部主工具栏，主要提供有关于时间的相关数据显示，仿真的执行与暂停按钮，模拟时间、实时时间、迭代次数等在Gazebo中，鼠标般常用的操作方法是“shift+鼠标左键”转换视角，“鼠标左键”平移视角，“滚轮”缩放大小任务要求知识导入任务实施任务评价Gazebo的建模Gazebo中有两种创建仿真环境的方法：一种是直接插值的入系统自带模型，另外一种是通过BuildingEditor进行手动建模。任务要求知识导入任务实施任务评价Gazebo的建模(1)直接插值的入系统自带模型在Gazebo左侧的模型列表中，有一个insert

选项罗列了所有可使用的模型。选择需要使用的模型，放置在主显示区中，就可以在仿真环境中添加机器人和外部物体等仿真实例。任务要求知识导入任务实施任务评价Gazebo的建模(2)BuildingEditor手动建模在Gazebo菜单栏中选择Edit→BuildingEditor，或者通过ctrl+B

快捷键就可以打开BuildingEditor的界面。选择左侧的绘图panel，然后在panel中可以选择需要导入的元素，对于已经加入的元素可以鼠标导入的元素可对元素参数进行编辑。任务要求知识导入任务实施任务评价根据任务要求，具体的工作任务实施步骤如下：(1)启动Gazebo智能机器人功能包默认提供三个主要的仿真场景：单独空白场景、定位导航测试场景、室内房间场景，也可以仿照这三个场景在Gazebo上建立自己的场景任务要求知识导入任务实施任务评价(2)仿真环境加载(a)单独空白场景下面先用Gazebo仿真器打开一个空白的虚拟仿真环境，这个环境下面的话只加载了一个智能机器人的本体。输入以下命令，在Gazebo中加载智能机器人和仿真环境：$exportTRANSBOT_MODEL=normal$roslaunchtransbot_gazebotransbot_empty_world.launch任务要求知识导入任务实施任务评价任务要求知识导入任务实施任务评价(b)定位与导航测试场景Gazebo中定位与导航测试场景是由简单形状的立体组成，主要用于SLAM和Navigation等测试。输入以下命令，在Gazebo中加载智能机器人和定位与导航测试场景：$exportTRANSBOT_MODEL=normal$roslaunchtransbot_gazebotransbot_world.launch任务要求知识导入任务实施任务评价任务要求知识导入任务实施任务评价(c)室内房间场景Gazebo中的室内房间场景是按照一个房屋的图纸制成的地图。它适用于复杂的智能机器人任务的相关测试。输入以下命令，在Gazebo中加载智能机器人和室内房间场景：$exportTRANSBOT_MODEL=normal$roslaunchtransbot_gazebotransbot_house.launch任务要求知识导入任务实施任务评价任务要求知识导入任务实施任务评价(3)控制机器人移动加载完不同场景的仿真环境之后，接下来的步骤就是在仿真环境下控制智能机器人的移动加载定位与导航测试场景和虚拟智能机器人模型$exportTRANSBOT_MODEL=normal$roslaunchtransbot_gazebotransbot_world.launch为实现控制智能机器人的移动，需要打开键盘控制节点$roslaunchtransbot_teleoptransbot_teleop_key.launch任务要求知识导入任务实施任务评价任务要求知识导入任务实施任务评价(4)Gazebo中智能机器人自主仿真移动加载定位与导航测试场景和虚拟智能机器人模型。$exportTRANSBOT_MODEL=normal$roslaunchtransbot_gazebotransbot_world.launch加载虚拟智能机器人驱动器。$exportTRANSBOT_MODEL=normal$roslaunchtransbot_gazebotransbot_simulation.launch任务要求知识导入任务实施任务评价任务要求知识导入任务实施任务评价(5)在RVIZ上检测仿真数据加载定位与导航测试场景和虚拟智能机器人模型$exportTRANSBOT_MODEL=normal$roslaunchtransbot_gazebotransbot_world.launch打开新的终端窗口，输入下面命令$exportTRANSBOT_MODEL=waffle$roslaunchtransbot_gazebotransbot_gazebo_rviz.launch