Using roslaunch

使用roslaunch启动Gazebo，worldfiles和URDF模型

有很多方法启动gazebo,空的模型，和在仿真环境中生成新的机器人模型。在这个教程中我们会使用ROS的方法来实现（rosrun和roslaunch)，包括存储你的URDF文件在ROS的包中，并且能够保持你的各种资源路径和你的ROS的workspace相关。

使用roslaunch 来打开一个新的世界

roslaunch 是一个启动ROS节点和生成机器人模型标准的方法，启动一个空的gazebo仿真世界：

roslaunch gazebo_ros empty_world.launch

roslaunch 参数

可以附加如下的参数到launch文件中来改变Gazebo的表现

暂停

以暂停的状态启动Gazebo，一般默认是false

使用simtime

告诉ROS节点去向Gazebo询问发布的仿真时间，来覆盖ROS的系统时间(默认是true)

GUI

启动Gazebo的用户界面(默认是true)

Headless(没接触过，不会翻译)

禁用任何函数调用模拟器呈现(Ogre)组件，和gui:=true不兼容（默认False）

调试

用debug模式启动gzserver(默认False)

使用带参数的roslaunch的例子

  roslaunch gazebo_ros empty_world.launch paused:=true use_sim_time:=false gui:=true throttled:=false headless:=false debug:=true

上述命令只是个示例，一般按照默认来就行。

launch一些其他有意思的自带world

一些示例代码已经被安装在gazebo_ros的包里面，包括：

roslaunch gazebo_ros willowgarage_world.launch


roslaunch gazebo_ros mud_world.launch


roslaunch gazebo_ros shapes_world.launch

三个model的世界（圆柱，立方体和球）

roslaunch gazebo_ros rubble_world.launch

[注]：在mud_world.launch中，一个简单的连杆机械模型被启动，在这个launch文件中包含这如下的代码：

<launch>
  <!-- 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="worlds/mud.world"/> <!-- Note: the world_name is with respect to GAZEBO_RESOURCE_PATH environmental variable -->
    <arg name="paused" value="false"/>
    <arg name="use_sim_time" value="true"/>
    <arg name="gui" value="true"/>
    <arg name="headless" value="false"/>
    <arg name="debug" value="false"/>
  </include>
</launch>

在这个launch文件中，我们继承了emptyworld.launch的大部分功能，我们唯一需要该的参数就是worldname,其他参数都设为默认值。

World文件

我们以mud.world为例，文件中的前几行如下所示：

  <sdf version="1.4">
    <world name="default">
      <include>
        <uri>model://s![](test_gazebo.pngun</uri>
      </include>
      <include>
        <uri>model://ground_plane</uri>
      </include>
      <include>
        <uri>model://double_pendulum_with_base</uri>
        <name>pendulum_thick_mud</name>
        <pose>-2.0 0 0 0 0 0</pose>
      </include>
      ...
    </world>
  </sdf>

具体的world结构看下面那章

文件片段中插入了三个model，首先会在本地寻找这些model，如果找不到，会在线寻找并插入。

寻找本地的world文件库

env | grep GAZEBO_RESOURCE_PATH

表示我的环境变量中并没有找到和GAZEBO相关的变量... 在这里先留一个bug...

建立单独的Gazebo的ROS包

在继续下面的如何在Gazebo里面生成机器人模型之前，我们先回顾ROS包的框架，这样才能继续向下走。

假设我们的工作空间是catkin_ws,当然任何名字都是可以的。然后你的workspace在你的电脑上路径一般是这样的：

/home/username/catkin_ws/src

所有关于机器人模型和描述的文件放在一个叫做/MYROBOT_description的目录下，并且所有的世界的文件和和Gazebo有关的launch文件都被放在一个叫做/MYROBOT_gazebo的包下，MYROBOT是你的机器人的名字（一般用小写），有了这两个包，你的文件层级应该如下所示：

../catkin_ws/src
    /MYROBOT_description
        package.xml
        CMakeLists.txt
        /urdf
            MYROBOT.urdf
        /meshes
            mesh1.dae
            mesh2.dae
            ...
        /materials
        /cad
    /MYROBOT_gazebo
        /launch
            MYROBOT.launch
        /worlds
            MYROBOT.world
        /models
            world_object1.dae
            world_object2.stl
            world_object3.urdf
        /materials
        /plugins

可以用catkin_create_pkg来建立新的包，当然也可以用rosbuild,大部分的文件夹和文件需要自己解释的。

下面的步骤将会带领你一步一步设置自定义的世界。

建立一个自定义的世界文件

你可以新建一个专门为你的ROS包定制的.world文件来仿真机器人，在这个迷你的教程里我们将制作一个空的世界（有地面，太阳和一个加油站）。下面的是我们的建议版本，记得把MYROBOT用你自己的机器人的名字来替换掉或者直接用test代替。

  • 新建一个约定名称为:MYROBOT_gazebo的ROS包
  • 在这个包里面，新建一个launch文件夹
  • 在launch文件夹内新建一个MYROBOT.launch文件，里面有下述内容：
<launch>
  <!-- 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 MYROBOT_gazebo)/worlds/MYROBOT.world"/>
    <!-- more default parameters can be changed here -->
  </include>
</launch>
  • 在同一个包里，新建一个world文件夹，在内部新建一个MYROBOT.world含有以下内容的文件
<?xml version="1.0" ?>
<sdf version="1.4">
  <world name="default">
    <include>
      <uri>model://ground_plane</uri>
    </include>
    <include>
      <uri>model://sun</uri>
    </include>
    <include>
      <uri>model://gas_station</uri>
      <name>gas_station</name>
      <pose>-2.0 7.0 0 0 0 0</pose>
    </include>
  </world>
</sdf>

假定你已经source过了这个工作空间（在~/.bashrc里写过或者每次source一遍）启动gazebo的仿真：

roslaunch MYROBOT_gazebo MYROBOT.launch

用Gazebo修改World文件

[Tips]可以在Gazebo中加入额外的model到你的robot的世界中，然后用file->save保存，这样就能直接修改你的ROS包中的world文件

用roslaunch生成URDF格式的机器人

使用roslaunch的话有两种方式来生成基于URDF的机器人到Gazebo中

ROS调用服务来生成

第一种方式可以提高你的代码的可移植性，这不仅允许你保持你机器人和你的包的路径相关联，并且提供给你一个用Python写的ROS的服务接口。

模型数据库方式

这第二种方法允许你用.world文件方式添加你的机器人模型，这看起来更加的简单和方便，但是这也要求你要把你的机器人加入到当前的model环境变量中去。

我们将会过一遍这两种方式，并且最终我们将会使用ROS调用服务的方式来实现。

ROS服务调用生成机器人方式

这种方法使用了python的一个小脚本spawn_model来生成一个向gazebo_ros节点的服务请求（在消息话题的域里就叫做gazebo）来添加一个自定义的URDF模型到Gazebo中去。生成模型的脚本代码放在gazebo_ros的包里，可以用下面这种方式来调用这个脚本：

rosrun gazebo_ros spawn_model -file `rospack find MYROBOT_description`/urdf/MYROBOT.urdf -urdf -x 0 -y 0 -z 1 -model MYROBOT

上面这段话的意思是在坐标(0,0,1)的位置生成一个自定义的机器人。

想要查看spawn_model的所有可能的参数包括命名空间，trimesh属性，关节位置和RPY(RollPitchYaw?)方向可以运行：

rosrun gazebo_ros spawn_model -h

以Baxter为例的URDF模型

如果你没有一个URDF模型来测试，可以从baxter_description的包中下载。下载整个包可以从github上下载

git clone https://github.com/RethinkRobotics/baxter_common.git

现在你应该有了一个URDF文件，叫做baxter.urdf在baxter_description/urdf/然后就可以生成一个机器人：

rosrun gazebo_ros spawn_model -file `rospack find baxter_description`/urdf/baxter.urdf -urdf -x 10 -y -5 -z 1 -model baxter

可以看到如下的仿真：

为了把这个整合到ROS的launch文件中，重新打开MYROBOT_gazebo/launch/YOUROBOT.launch并且增加如下代码到</launch>标签中：

<!-- Spawn a robot into Gazebo -->
<node name="spawn_urdf" pkg="gazebo_ros" type="spawn_model" args="-file $(find baxter_description)/urdf/baxter.urdf -urdf -z 1 -model baxter" />

重新launch这个文件，应该能看到同样的结果。

XACRO Example with PR2

如果你的URDF文件不是用XML编译的，而是用XACRO格式，你可以做一点近似的修改在你的launch文件中。可以跑下面的PR2例子通过安装下面的这个Package

ROS kinetic

sudo apt-get install ros-kinetic-pr2-common

然后增加如下的几行代码到launch文件中：

<!-- Convert an xacro and put on parameter server -->
<param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro.py $(find pr2_description)/robots/pr2.urdf.xacro" />

<!-- Spawn a robot into Gazebo -->
<node name="spawn_urdf" pkg="gazebo_ros" type="spawn_model" args="-param robot_description -urdf -model pr2" />

launch文件，你可以在加油站附近看见PR2

会有很多Warning因为Gazebo的API的变化。

基于模型数据库的机器人生成方法

第二种生成机器人的方法允许你将你的机器人加入到你的"世界"文件中去，看起来更加的整洁和更方便，但是要求你设置环境变量来将你的机器人加入到Gazebo的模型库中去。这个环境变量是必须的因为ROS是独立于Gazebo的，URDF包的路径不能够被直接在.world文件中被引用，因为Gazebo没有ROS包的概念。

为了实现这个方法，必须为你的机器人单独新建一个模型的库。这当然不是加载你的URDF模型到Gazebo里去最干净的方法，但是却能够让计算机实现不保存两份URDF模型的目标。如果下面的指令看不懂的话，最好退回去看Gazebo Model Database的文档，你会明白为什么这些步骤是必须的。

我们假设你的ROS的工作空间文件的层级关系和下面的一样，唯一的区别是现在加入了model.config文件到MYROBOT_description包像下面这样：

../catkin_ws/src
    /MYROBOT_description
        package.xml
        CMakeLists.txt
        model.config
        /urdf
            MYROBOT.urdf
        /meshes
            mesh1.dae
            mesh2.dae
            ...
        /materials
        /plugins
        /cad

这种层级关系是专门为了使用Gazebo的模型库配置的，通过下面这种方式。

  • /home/user/catkin_workspace/src -被当做Gazebo模型库的路径来对待
  • /MYROBOT_description -这个路径被当做一个单独的Gazebo模型的文件夹
  • model.config-这个是一个要求的配置文件，方便Gazebo在文件夹中找到这个模型。
  • MYROBOT.urdf-这个是你的模型的描述文件和Rviz中一样。
  • /meshes-放置你的.stl文件或者.dae文件在这里，和URDF一样。

model.config

每一个模型必须有一个模型的配置文件在模型的根目录下，它要包含模型最基本的信息，一般来说只要拷贝下面的代码到你的配置文件中，然后修改model.urdf 为你自己文件的名称。

  <?xml version="1.0"?>
  <model>
    <name>MYROBOT</name>
    <version>1.0</version>
    <sdf>urdf/MYROBOT.urdf</sdf>
    <author>
      <name>My name</name>
      <email>[email protected]</email>
    </author>
    <description>
      A description of the model
    </description>
  </model>

和SDF文件的要求不一样，版本这里是不要求的，当用到URDF中区时，查看Gazebo Model Database的文档进一步了解。

环境配置

最终，你需要添加一条环境变量到你的.bashrc文件中去告诉Gazebo哪里能够找到模型库，编辑~/.bashrc文件，检查是否已经有了GAZEBO_MODEL_PATH的定义，如果已经有了一个定义，只需要用一个分号再加一条，否则只能够加入一个新的export，假设你的工作空间路径是~/catkin_ws/你添加的路径应该是：

export GAZEBO_MODEL_PATH=/home/user/catkin_ws/src/

检查你的Gazebo

启动一下是否你的新的模型库已经导入到你的Gazebo中。

gazebo

点击模型的插入按钮，应该能够看到不同路径下的模型库，找到你自己工程目录下的模型库即可。

查看Gazebo，用roslaunch 来启动模型库

模型库的优点在于，你可以直接在world文件中加入你的机器人，而不是用ROS的包的名称，我们可以用和建立世界文件相同的设置方法如下添加roslaunch，

  • 在description/launch 文件夹下,修改MYROBOT.world文件用下面的的代码段：
<?xml version="1.0" ?>
<sdf version="1.4">
  <world name="default">
    <include>
      <uri>model://ground_plane</uri>
    </include>
    <include>
      <uri>model://sun</uri>
    </include>
    <include>
      <uri>model://gas_station</uri>
      <name>gas_station</name>
      <pose>-2.0 7.0 0 0 0 0</pose>
    </include>
    <include>
      <uri>model://MYROBOT</uri>
    </include>
  </world>
</sdf>

现在你可以只使用roslaunch就能够启动你自定义的世界文件，同时让加油站和机器人出现。

roslaunch MYROBOT_gazebo MYROBOT.launch

从package.xml导出模型路径

从一个package.xml文件中导出有用的信息包括一个模型的路径：

<export>
  <gazebo_ros gazebo_model_path="${prefix}/models"/>
  <gazebo_ros gazebo_media_path="${prefix}/models"/>
</export>

'${prefix}`前缀是新用户可能不能马上知道，也是有必要知道的。

知道如何从ROS来debug，比如使用rospack plugins --attrib="gazebo_media_path" gazebo_ros来检查将会被gazebo使用的media 的路径

下一步

现在你知道如何使用roslaunch来打开Gazebo，世界文件和URDF模型。你将要准备去创建你自己的Gazebo和URDF模型在下一个教程中。

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