Gazebo ROS 套件 (gazebo_ros_pkgs) 使用指南

 

Gazebo ROS 套件 (gazebo_ros_pkgs) 使用指南

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1. 簡介

gazebo_ros_pkgs 是一組 ROS（機器人操作系統） 套件，負責將 Gazebo 模擬器 與 ROS 整合，允許 ROS 節點與 Gazebo 進行通訊，並在 Gazebo 中模擬機器人。

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2. 安裝 gazebo_ros_pkgs

2.1 確認 Gazebo 版本

• 不同 ROS 版本 支援不同的 Gazebo 版本：
  • ROS Indigo → Gazebo 2.x
  • ROS Kinetic → 建議使用 Gazebo 7.x
  • ROS Melodic → 建議使用 Gazebo 9.x
  • ROS Noetic → 建議使用 Gazebo 11.x

2.2 使用 apt-get 安裝

如果系統中的 Gazebo 版本與 ROS 相容，可直接安裝：

bash
sudo apt-get install ros-<ros_version>-gazebo-ros-pkgs ros-<ros_version>-gazebo-ros-control

注意：請將 <ros_version> 替換為你的 ROS 版本，例如 kinetic、melodic 或 noetic。

2.3 手動編譯安裝

如果 ROS 版本與 Gazebo 版本不匹配，或者需要較新版本的 Gazebo，可以手動編譯安裝：

1. 安裝 Git

   bash
   sudo apt-get install git
   

2. 移動到 ROS 工作區的 src/ 目錄並克隆 gazebo_ros_pkgs 倉庫

   bash
   cd ~/catkin_ws/src
   git clone -b <ros_version>-devel https://github.com/ros-simulation/gazebo_ros_pkgs.git
   

   注意：<ros_version>-devel 應替換為你的 ROS 版本（如 melodic-devel, noetic-devel）。

3. 檢查並安裝缺少的相依性

   bash
   rosdep install --from-paths . --ignore-src -r -y
   

4. 回到工作區的最上層，進行編譯

   bash
   cd ~/catkin_ws
   catkin_make
   

5. 驗證安裝

   bash
   roslaunch gazebo_ros empty_world.launch
   

   • 若 Gazebo 介面成功啟動，則安裝成功。
   • 使用 rostopic list 確認 /gazebo 相關的 topic 是否存在。

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3. gazebo_ros_pkgs 主要功能

3.1 ROS 與 Gazebo 連線

• gazebo_ros 套件 允許 ROS 與 Gazebo 互動：
  • 提供 ROS 介面來讀取和控制 Gazebo 模擬。
  • 透過 ROS topic 和 service 與 Gazebo 進行資料交換。

3.2 啟動 Gazebo

• 透過 rosrun 或 roslaunch 啟動：

  bash
  roslaunch gazebo_ros empty_world.launch
  

• 可以單獨啟動：
  • Gazebo Server（物理引擎 + 感測器數據）
  • Gazebo Client（GUI）
• 可使用 roslaunch 來啟動包含 ROS 通訊節點的 Gazebo：

  bash
  roslaunch gazebo_ros willowgarage_world.launch
  

3.3 模型載入

• 使用 spawn_model 節點將機器人模型載入 Gazebo

  bash
  rosrun gazebo_ros spawn_model -file <model_path> -sdf -model my_robot
  

• 可以使用 URDF 或 SDF 格式

  bash
  rosrun gazebo_ros spawn_model -file ~/robot.urdf -urdf -model my_robot
  

• 設定模型位置

  bash
  rosrun gazebo_ros spawn_model -file ~/robot.urdf -urdf -model my_robot -x 1 -y 2 -z 0
  

3.4 資料傳輸

• Gazebo 發布模擬數據到 ROS topic

  bash
  rostopic echo /gazebo/model_states
  

  • /gazebo/link_states → 模擬中所有連桿的狀態。
  • /gazebo/model_states → 模擬中所有機器人的位置、方向等狀態。

• ROS 可發布指令控制 Gazebo

  bash
  rostopic pub /gazebo/set_model_state gazebo_msgs/ModelState "{model_name: 'robot', pose: {position: {x: 1, y: 2, z: 0}}}"
  

• 檢查 Gazebo 的 ROS topic

  bash
  rostopic list | grep /gazebo
  

• 檢查 Gazebo 的 ROS 服務

  bash
  rosservice list | grep /gazebo
  

3.5 Plugin 支援

• Gazebo Plugin 擴展機器人功能：
  • gazebo_ros_control → 控制機器人運動
  • gazebo_ros_diff_drive → 模擬差速驅動機器人
  • gazebo_joint_state_publisher → 發佈關節狀態到 /joint_states topic

3.6 時間同步

• Gazebo 與 PX4（無人機控制）可透過 /clock topic 進行時間同步
• 即使 Gazebo 的 real-time factor 不為 1，PX4 仍會等待 Gazebo 時間推進

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4. 使用 gazebo_ros_pkgs 的基本流程

4.1 啟動 Gazebo

bash
roslaunch gazebo_ros empty_world.launch

或載入特定的 .world 檔案：

bash
roslaunch gazebo_ros my_custom_world.launch

4.2 載入機器人模型

bash
rosrun gazebo_ros spawn_model -file ~/my_robot.urdf -urdf -model my_robot

4.3 使用 ROS 互動

• 監聽 Gazebo 發布的資料

  bash
  rostopic echo /gazebo/model_states
  

• 發送移動指令到機器人

  bash
  rostopic pub /cmd_vel geometry_msgs/Twist "linear: {x: 1.0, y: 0, z: 0}"
  

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5. 總結

• gazebo_ros_pkgs 是 Gazebo 與 ROS 的整合橋樑，提供：
  • Gazebo 啟動與模型載入
  • ROS 與 Gazebo 之間的資料交換
  • Gazebo plugin 擴展
• 安裝方式
  • 透過 apt-get 安裝
  • 或手動克隆 gazebo_ros_pkgs 進行編譯
• 核心功能
  • 啟動 Gazebo
  • 載入機器人模型
  • 監聽與發布 ROS topic
  • 控制機器人運動
  • 時間同步

這套件能幫助 ROS 開發者在 Gazebo 中進行機器人模擬與測試。🚀