【Gazebo入门教程】第一讲 Gazebo的安装
    
    
    、UI界面     


     


     


、SDF文件介绍

一 




 




 




、Gazebo的简介与安装

1. 基本介绍

概念：Gazebo是一款3D动态模拟器    
    
    
，能够在复杂的室内和室外环境中准确有效地模拟机器人群    
    
    
。与游戏引擎提供高保真度的视觉模拟类似 


     


     


    ，Gazebo提供高保真度的物理模拟

 




 




 


，其提供一整套传感器模型   

   

   

，以及对用户和程序非常友好的交互方式 


     


     


    。

基本应用：

测试机器人算法 设计机器人 用显示场景进行回归测试 基本特点： 包含多个物理引擎 包含丰富的机器人模型和环境库 包含多样的传感器 程序设计便捷  

     

     

   ，图形界面UI合理

2. 性能要求与安装

操作系统要求：Ubuntu或者其他Linux发行版 其余要求： GPU：Nvidia显卡配置


  




  




  

，当然在场景简单时  


  


  


，可以只使用CPU； CPU：至少是intel I5及以上的产品； 内存：至少500MB的磁盘空间   
     
     
  ，这里建议尽量大



   




   




   
，8G+即可； 安装流程： 添加源 sudo sh -c echo "deb http://packages.osrfoundation.org/gazebo/ubuntu-stable `lsb_release -cs` main" > /etc/apt/sources.list.d/gazebo-stable.list wget http://packages.osrfoundation.org/gazebo.key -O - | sudo apt-key add - 安装 sudo apt-get update sudo apt-get install gazebo11 sudo apt-get install libgazebo11-dev

二

   

   

   、GUI界面详解

启动Gazebo：alt + F2 



 



 



，后输入gazebo即可；当然也可以通过图形化标签搜索找到并固定到任务栏               ，基本界面如下

1. 场景(Scene)

介绍：场景是模拟器的主要部分




    




    




    ，用于显示仿真模型














，操作仿真对象与环境进行交互

2. 左右面板(Panels)简介     

     

     

、

介绍： 左面板：

\qquad

1）WORLD：“世界
    
    
    ”选项卡               ，显示当前在场景中的模型



     



     



     ，并允许你查看和修改模型参数














，例如它们的姿势

 




 




 


。你还可以通过展开“GUI     


     


     


”选项并调整相机姿势来更改摄像机视角   

   

   

。

\qquad

2）INSERT：“插入 




 




 




”选项卡    
    
    
，向模拟添加新对象（模型）  

     

     

   。要查看模型列表 


     


     


    ，您可能需要单击箭头以展开文件夹


  




  




  

。在要插入的模型上单击（和释放）

 




 




 


，然后在场景中再次单击以添加它  


  


  


。

\qquad

3）LAYERS：“图层

   

   

   ”选项卡可组织和显示模拟中可用的不同可视化组（如果有）   
     
     
  。图层可以包含一个或多个模型



   




   




   
。打开或关闭图层将显示或隐藏该图层中的模型 



 



 



。大多数情况下都是空的   

   

   

，现在可以无视掉 右面板：

\qquad

默认情况下Gazeb界面隐藏右侧面板               。单击并拖动栏以将其打开




    




    




    。右侧面板可用于与所选模型（joint）的移动部件进行交互














。如果未在场景中选择任何模型  

     

     

   ，则面板不会显示任何信息               。

3. 上下工具栏(Toolbars)与菜单栏(menu)

顶部工具栏：包含与模拟器交互时的选项


  




  




  

，具体介绍如下 选择模型（Select mode）：在场景中做标注； 转换模式（Translate mode）：选择要移动的模型  


  


  


，可以沿x轴   
     
     
  ，y轴



   




   




   
，z轴 



 



 



，或任意方向移动模型； 旋转模式（Rotate mode）：选择要旋转的模型               ，可以沿x轴




    




    




    ，y轴














，z轴进行旋转模型； 缩放模式（Scale mode）：选择要缩放的模型               ，可以沿x轴



     



     



     ，y轴














，z轴进行缩小或放大模型； 撤消/重做（Undo/Redo）：撤消/重做场景中的操作； 简单物体（Simple shapes）：放置一个长方体/球体/圆柱体 灯光（Lights）：将灯光添加到场景    
    
    
，点光源 (球状点光源)/聚光灯 (从上而下 


     


     


    ，金字塔状向下照射)/方向性光源 (平行光)； 复制/粘贴（Copy/Paste）：复制/粘贴场景中的模型； 对齐（Align）：将模型彼此对齐； 捕捉（Snap）：将一个模型捕捉到另一个模型； 更改视图（Change view）：从不同角度查看场景



     



     



     。 底部工具栏：显示仿真有关数据

 




 




 


，具体如下 播放/暂停：根据你的程序   

   

   

，运行仿真或暂停 以步长播放：按照规定的时长  

     

     

   ，一步一步运行仿真


  




  




  

，默认步长1ms 实时因子：模拟时间与真实时间的比率  


  


  


，1代表实时模拟 仿真时间（Simulation time）：当仿真运行时   
     
     
  ，时间在仿真环境中过得有多快














。仿真可以比真实时间慢或快



   




   




   
，具体取决于运行仿真所需的计算量； 真实时间（Real time）：在仿真环境中运行时实际经过的时间    
    
    
。仿真时间和真实时间的比率称为实时因子 


     


     


    。 迭代次数：世界状态每迭代一次就更新一次

 




 




 


。您可以在底部工具栏的右侧看到迭代次数   

   

   

。每次迭代都会将仿真推进一个固定的秒数 



 



 



，称为步长  

     

     

   。 菜单栏：像大多数应用程序一样               ，gazebo顶部有一个应用程序菜单


  




  




  

。某些菜单选项会显示工具栏中  


  


  


。在场景中




    




    




    ，右键单击上下文菜单选项














，可查看各种菜单   
     
     
  。注意：有些Linux桌面会隐藏应用程序菜单



   




   




   
。如果看不到菜单               ，请将光标移到应用程序窗口的顶部



     



     



     ，菜单就会出现 



 



 



。

4. 鼠标（Mouse Controls）

介绍：具体使用方法上图已有详述














，包含在场景中导航和更改视角的基本鼠标操作               。右键单击模型将打开一个包含各种选项的上下文菜单




    




    




    。

三  




  




  




、URDF与SDF文件

1. URDF介绍

URDF文件：统一机器人描述格式（urdf）是ROS用于描述机器人的所有元素的XML文件格式    
    
    
，具体研究可见博客URDF文件建立运动学模型教程

存在的缺点：

在gazebo中使用urdf文件 


     


     


    ，必须添加一些特定用于仿真的标签才能与gazebo一起正常使用; 缺少许多功能

 




 




 


，并且尚未进行更新以应对机器人技术的不断发展的需求














。urdf只能单独指定单个机器人的运动学和动力学特性   

   

   

，无法指定世界中机器人本身的姿势; 不是通用的描述格式  

     

     

   ，因为它不能指定关节环（平行连接）


  




  




  

，并且缺乏摩擦和其他特性; 不能指定非机器人  


  


  


，例如灯光   
     
     
  ，高度图等; 语法大量使用XML属性破坏了正确的格式设置



   




   




   
，这反过来又使urdf更加不灵活               。

2. SDF介绍

SDF文件：仿真描述格式(sdf) 



 



 



，是从世界级到机器人级的所有内容的完整描述               ，能够描述机器人


  


  


  、静态和动态物体     
     
     
、照明   




   




   




、地形甚至物理学的各方面的信息



     



     



     。

优点/对URDF的优化：

可以精确描述机器人的各类性质




    




    




    ，除了传统的运动学特性之外














，还可以为机器人定义传感器



 



 



 、表面属性               、纹理    




    




    




、关节摩擦等； 提供了定义各种环境的方法














。包括环境光照














、地形等; 使用XML格式进行描述,能够更好的描述真实的模拟条件; 选用要求： 必须使用URDF文件：

\qquad

1）要使用rviz进行可视化操作               、要尽快做出仿真用以演示效果；

\qquad

2）使用Solidworks建模               ，想方便地导出ROS三维模型    
    
    
。 必须使用SDF文件：

\qquad

1）研究并联机器人



     



     



     ，或机器人中存在封闭链结构；

\qquad

2）想深入研究ROS-gazebo仿真














，使仿真的动力学特性更加真实；想开发自己专用的Gazebo仿真插件 


     


     


    。

3. 相互转换

注意：此处的转换方式存在一定固有问题    
    
    
，最好还是直接安装格式书写 


     


     


    ，避免发生转换；

URDF转为SDF： 常规方法：将URDF加载到Gazebo

 




 




 


，另存为一个单独的world文件   

   

   

，sdf格式的模型就完整地保存在*.world文件的元素下； 命令行方法：在URDF文件目录下开启终端  

     

     

   ，输入命令 gz sdf -p my_model.urdf > my_model.sdf SDF转为URDF：pysdf功能包（非官方开发工具） 下载功能包


  




  




  

，置于工作空间src目录下  


  


  


，链接：https://link.zhihu.com/?target=https%3A//github.com/chenjm1109/pysdf 编译工作空间： $ cd ~/catkin_ws/ $ catkin_make 在模型文件目录下打开终端： $ rosrun pysdf sdf2urdf.py my_model.sdf result_model.urdf

注意：此方法是相关大佬自行研发而得   
     
     
  ，存在一定限制性



   




   




   
，解决办法如下：

sdf2urdf.py是python可执行文件 



 



 



，如果报错[rosrun] Couldn’t find executable named sdf2urdf below…               ，就需要先通过chmod +x *指令为其赋予可执行权限




    




    




    ，这是使用所有ROS-python可执行文件时都要注意的事情

 




 




 


。 sdf文件中不要有插件














，也不要有ball关节等urdf无法识别的关节类型   

   

   

。 转换完成后可使用check_urdf工具检查urdf的合法性               ，命令如下： $ sudo apt-get install liburdfdom-tools$ check_urdf result_model.rudf

总结

内容分析：本篇博客主要介绍了Gazebo仿真软件的基本功能     



     



     



、应用方法



     



     



     ，并分别详细地讲述了Gazebo的安装方法














、GUI界面详解














，最后对URDF文件和SDF文件进行了对比介绍    
    
    
，并给出了相互转换的方法 


     


     


    ，下篇博客将会以模型编辑器为主

 




 




 


，介绍如何使用Gazebo的图形化界面生成机器人模型并进行仿真   

   

   

，敬请期待  

     

     

   。 注意：本文参考了Gazebo官方网站以及古月居中的Gazebo有关教程  

     

     

   ，主要目的是方便自行查询知识


  




  




  

，巩固学习经验