移動機(jī)器人SLAM技術(shù) 課件 【ch09】移動機(jī)器人仿真開發(fā)

移動機(jī)器人仿真開發(fā)第九章大學(xué)生禮儀高等院校公共課系列精品教材01PARTONE搭建移動機(jī)器人模型01搭建移動機(jī)器人模型

<link>描述移動機(jī)器人某個剛體部分的外觀和物理屬性，包括尺寸、顏色、形狀、慣性矩陣、碰撞參數(shù)等。URDF中l(wèi)ink的參數(shù)設(shè)置形式如圖9.2所示，其中，<visual>描述的是link部分的外觀參數(shù):<inertial>描述link的慣性矩陣參數(shù);<collision>描述link的碰撞參數(shù)。<join>描述移動機(jī)器人關(guān)節(jié)的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)屬性，包括關(guān)節(jié)運(yùn)動的位置和速度限制。根據(jù)關(guān)節(jié)運(yùn)動形式01

linkandjoint01搭建移動機(jī)器人模型

01創(chuàng)建傳感器

至此，我們完成了移動機(jī)器人底座的創(chuàng)建，但是還沒有傳感器，因此，需要繼續(xù)往mbotbase.urdf文件中添加內(nèi)容，構(gòu)建移動機(jī)器人上的傳感器。(1)創(chuàng)建相機(jī)。(2)創(chuàng)建激光雷達(dá)(3)創(chuàng)建深度相機(jī)Kinectv1,01搭建移動機(jī)器人模型

01xacro移動機(jī)器人模型

當(dāng)我們使用xacro模型時，模型文件的后綴不再是.urdf,而是xacro。為了開始使用xacro模型，需要指定一個命名空間，以便文件能夠正確地解析。使用xacmo聲明常量，能夠避免在很多行重復(fù)使用同一個數(shù)值。不使用xacTo;如果需要改變一個值，就要修改若干個地方，從而很難進(jìn)行文件的維護(hù)。為了使用這些常量，現(xiàn)在只需要使用S{nameofvariable}將舊值更新為下列新值，xacro文件中常量的定義(xacro模型不同于urdf模型可以直接在launch文件中調(diào)用并進(jìn)行顯示，xacro模型顯示時，需要通過以下兩種方法實現(xiàn)。(1)在功能包的urdf文件夾下打開一個終端，輸入(2)直接調(diào)動xacro文件解析器

01搭建移動機(jī)器人模型

01在Gazebo中加載移動機(jī)器人模型

我們想在Gazebo或其他仿真軟件中進(jìn)行移動機(jī)器人仿真，就需要添加物理屬性和碰撞屬性。這意味著我們需要設(shè)定幾何尺寸來計算可能的碰撞，例如，需要設(shè)定質(zhì)量我們才能夠計算慣性等，故需要保證模型文件中的所有連接都有這些參數(shù)，否則就無法對這些移動機(jī)器人進(jìn)行仿真。對網(wǎng)格模型文件來說，ROS中建模的簡單幾何形狀比引入的網(wǎng)格模型更容易進(jìn)行碰撞計算。相比計算簡單幾何形狀來說，兩個網(wǎng)格模型之間進(jìn)行碰撞計算要使用更加復(fù)雜的計算方法，也會耗費(fèi)更多的計算資源。02PARTONE搭建仿真物理環(huán)境模型02搭建仿真物理環(huán)境模型

9.2搭建仿真物理環(huán)境模型

1.終端輸入命令終端輸入命令:02搭建仿真物理環(huán)境模型

2.創(chuàng)建仿真環(huán)境這里主要有兩種方法:一種是利用Gazebo自帶的環(huán)境模型構(gòu)建自己的仿真環(huán)境;另一種是使用Gazebo提供的BuildingEditor進(jìn)行設(shè)計，也可以兩種方法混合使用構(gòu)建需要的仿真環(huán)境。方法一;直接添加環(huán)境模型。打開Gazebo仿真環(huán)境后，在左上方“insert”欄中會有很多自帶的模型，選中后放入仿真環(huán)境中即可，展開“File”下拉菜單，單擊“SaveWorldAs”選項，將該仿真環(huán)境保存為后綴為.world的文件，即可完成仿真環(huán)境的構(gòu)建。保存仿真環(huán)境模型如圖9.24所示。02搭建仿真物理環(huán)境模型

方法二:使用Gazebo提供的BuildingEditor進(jìn)行設(shè)計。利用BuildingEditor設(shè)計仿真環(huán)境如圖9.25所示。首先單擊“BuildingEditor”選項進(jìn)入編輯界面，然后根據(jù)需要選中左側(cè)欄中的物體，再在右上方白色網(wǎng)格區(qū)域內(nèi)拖出需要的長度。繪制完成后，展開“File”下拉菜單，單擊“Save”選項進(jìn)行保存。保存完成后，單擊"ExitBuildingEditor"選項，就可以退出編輯界面了。退出后，會在Gazebo中看到剛剛繪制的仿真環(huán)境，再將該仿真環(huán)境保存為后綴為，world的文件即可。02搭建仿真物理環(huán)境模型

動機(jī)器人放入仿真環(huán)境中的launch文件

02PARTONE定位與導(dǎo)航03定位與導(dǎo)航

通過上述內(nèi)容，實現(xiàn)了移動機(jī)器人和仿真環(huán)境的開發(fā)，現(xiàn)在，需要讓移動機(jī)器人動起來，并且利用它來實現(xiàn)一些功能。這里，直接使用提供的功能包來實現(xiàn)需要的功能。03鍵盤控制03定位與導(dǎo)航

03定位和建圖03定位與導(dǎo)航

03定位與導(dǎo)航

03定位與導(dǎo)航

03定位與導(dǎo)航

03導(dǎo)航03定位與導(dǎo)航

03自主探索移動機(jī)器人的導(dǎo)航需要使用地圖，但很少有移動機(jī)器人可以自主構(gòu)建導(dǎo)航區(qū)域的地圖。通常，人們必須提前構(gòu)建好地圖，提供障礙物的確切位置(度量地圖)或者表示兩個區(qū)域連通性的圖形(拓?fù)涞貓D)。因此，大多數(shù)移動機(jī)器人在未知環(huán)境中無法有效導(dǎo)航。自主探索可以讓移動機(jī)器人突破這種限制。自主探索可以定義為移動機(jī)器人在未知環(huán)境中移動并構(gòu)建出可用于后續(xù)導(dǎo)航的地圖的一種行為，好的探索策略可以在合理的時間內(nèi)生成完整或近乎完整的地圖。雖然室內(nèi)環(huán)境大多呈現(xiàn)出一種看起來簡單直接的結(jié)構(gòu)，如矩形辦公室、直走廊，以及無處不在的直角，但實際情況往往截然不同，在真實場景下，移動機(jī)器人需要在擺滿家具的房間內(nèi)進(jìn)行導(dǎo)航，墻壁也可能隱藏在書桌和書架的后面。因此室內(nèi)的探索將面對非常復(fù)雜的環(huán)境。03定位與導(dǎo)航

03探索一旦在柵格地圖中檢測到邊界，移動機(jī)器人就會嘗試導(dǎo)航到最近的、未訪問的邊界。該算法會作為路徑規(guī)劃器的輸入為移動機(jī)器人提供到目標(biāo)點(diǎn)的導(dǎo)航，之后由路徑規(guī)劃模塊計算出一條無碰撞的路徑并控制移動機(jī)器人沿著該路徑到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)。由于室內(nèi)環(huán)境是一種動態(tài)環(huán)境，因此路徑規(guī)劃模塊還需要控制移動機(jī)器人躲避那些原本不在地圖中的障礙物，這是避免與四處走動的人發(fā)生碰撞的必要條件。04PARTONE小結(jié)05小結(jié)本章旨在通過實驗的方式，讓讀者更加了解ROS與SLAM。本章主要對移動機(jī)器人的仿真開發(fā)進(jìn)行介紹:首先，介紹了仿真移動機(jī)器人模型的搭建，其中包括urdf

模型與