如何在 Gazebo 中添加新的世界和模型

 

如何在 Gazebo 中添加新的世界和模型

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1. 添加新的世界

Gazebo 提供了一些 預設世界，但你也可以 自訂 .world 檔案，來建立自己的模擬環境。

1.1 使用預設世界

Gazebo 預設提供了一些 內建世界，例如：

• empty_world.launch（空白世界）
• willowgarage_world.launch（Willow Garage 環境）
• mud_world.launch（泥地環境）

可以使用 roslaunch 啟動：

bash:
roslaunch gazebo_ros empty_world.launch

1.2 創建自訂世界

1. 建立 .world 檔案

   • .world 檔案使用 SDF（Simulation Description Format） 格式來描述環境。
   • 內容示例：

     xml:
     <?xml version="1.0" ?>
     <sdf version="1.6">
       <world name="my_world">
         <include>
           <uri>model://ground_plane</uri>
         </include>
         <include>
           <uri>model://sun</uri>
         </include>
       </world>
     </sdf>
     

   • 這個 .world 檔案包含：
     • 地面 (ground_plane)
     • 太陽光源 (sun)

2. 將 .world 檔案存放至合適位置

   bash:
   mkdir -p ~/gazebo_worlds
   nano ~/gazebo_worlds/my_world.world
   

   • 可以將 .world 文件存放於 ROS 工作區（如 ~/catkin_ws/src/my_package/worlds/）。

3. 建立 .launch 啟動檔

   xml:
   <launch>
       <arg name="world_file" default="$(find my_package)/worlds/my_world.world"/>
       <include file="$(find gazebo_ros)/launch/empty_world.launch">
           <arg name="world_name" value="$(arg world_file)"/>
       </include>
   </launch>
   

   • 這個 .launch 檔案 會載入 my_world.world 並啟動 Gazebo。

4. 使用 roslaunch 啟動新世界

   bash:
   roslaunch my_package my_world.launch
   

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2. 添加新的模型

Gazebo 允許載入內建模型，也可以 自訂模型（SDF 或 URDF 格式）。

2.1 使用內建模型

Gazebo 提供 官方和社群的內建模型，可以在 .world 檔案中直接引用：

xml:
<include>
    <uri>model://box</uri>
    <pose>0 0 0 0 0 0</pose>
</include>

這樣會在 座標 (0,0,0) 處添加一個方形模型。

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2.2 自訂模型

如果要 自己創建模型，需使用 SDF 或 URDF 格式。

1. 建立 SDF 格式模型

   xml:
   <?xml version="1.0" ?>
   <sdf version="1.6">
     <model name="my_box">
       <static>false</static>
       <link name="base_link">
         <collision name="collision">
           <geometry>
             <box>
               <size>1 1 1</size>
             </box>
           </geometry>
         </collision>
         <visual name="visual">
           <geometry>
             <box>
               <size>1 1 1</size>
             </box>
           </geometry>
         </visual>
       </link>
     </model>
   </sdf>
   

   • 這個模型是一個 1x1x1 的方塊，可以移動。

2. 將 SDF 檔案放入 Gazebo 模型資料夾

   bash:
   mkdir -p ~/.gazebo/models/my_box
   nano ~/.gazebo/models/my_box/model.sdf
   

   模型結構

   javascript:
   ~/.gazebo/models/my_box/
   ├── model.config
   ├── model.sdf
   

3. 將模型載入世界

   • 在 .world 檔案中：

     xml:
     <include>
         <uri>model://my_box</uri>
         <pose>0 0 0.5 0 0 0</pose>
     </include>
     

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3. 使用 spawn_model 動態載入模型

Gazebo 支援透過 spawn_model 指令 在運行時 動態添加模型：

bash:
rosrun gazebo_ros spawn_model -file ~/.gazebo/models/my_box/model.sdf -sdf -model my_box

• 參數解釋：
  • -file → 指定 SDF/URDF 檔案
  • -sdf → 指定模型格式（-urdf 代表 URDF 格式）
  • -model → 指定模型名稱

如果模型是 XACRO 格式，需先轉換為 URDF：

bash:
rosrun xacro xacro my_robot.xacro > my_robot.urdf

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4. 與 ROS 互動

當模型載入後，可以 透過 ROS topic 與 Gazebo 互動。

4.1 監聽模型狀態

bash:
rostopic echo /gazebo/model_states

輸出範例

yaml:
name: ['ground_plane', 'my_box']
pose:
  - position: {x: 0, y: 0, z: 0}
  - position: {x: 1, y: 2, z: 0}

4.2 發送指令控制機器人

bash:
rostopic pub /cmd_vel geometry_msgs/Twist "linear: {x: 0.5, y: 0, z: 0}"

這樣會讓機器人向前移動。

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5. 總結

步驟	內容
添加世界	建立 .world 檔案，使用 roslaunch 啟動
使用預設世界	roslaunch gazebo_ros empty_world.launch
自訂世界	創建 .world，加入地形與光線
添加內建模型	在 .world 檔案中使用 <include> 加載模型
自訂模型	創建 SDF 或 URDF 模型，放入 ~/.gazebo/models/
動態載入模型	rosrun gazebo_ros spawn_model -file model.sdf -sdf -model my_box
與 ROS 互動	使用 rostopic 監聽 /gazebo/model_states，發送指令控制機器人

Gazebo 不僅支援預設世界和模型，也允許用戶自訂環境、載入新模型，並透過 ROS 進行控制，這使得它成為機器人開發與模擬的強大工具。 🚀