(兩輪小車範例)加入馬達控制 (gazebo_ros_control) 能接受PWM 控制轉速

要在 Gazebo 中讓輪子能夠接受 PWM 信號控制轉速，

我們可以透過 gazebo_ros_control 來實現這個功能。這需要幾個關鍵步驟：

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✅ 主要步驟

1. 安裝 gazebo_ros_control 插件（如果尚未安裝）。
2. 修改 myrobot.xacro，加入 gazebo_ros_control 插件。
3. 設定 transmission，將輪子連接至 ROS 控制系統。
4. 編寫 ros2_control.yaml，配置 PWM 轉速控制。
5. 啟動 ros2_control 並發布 PWM 訊號。

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📌 1️⃣ 確保 gazebo_ros_control 已安裝

在 ROS 2 環境中，通常 gazebo_ros_control 已經包含在 Gazebo 套件內，但可以手動安裝：

sudo apt install ros-${ROS_DISTRO}-gazebo-ros2-control

替換 ${ROS_DISTRO} 為你的 ROS 版本（如 humble）。

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📌 2️⃣ 在 myrobot.xacro 加入 gazebo_ros_control

我們需要 在 Xacro 文件內加入馬達控制插件：

<gazebo>
  <plugin name="gazebo_ros_control" filename="libgazebo_ros_control.so"/>
</gazebo>

這一行程式碼讓 Gazebo 能夠透過 ros2_control 控制關節運動。

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📌 3️⃣ 定義 transmission (將馬達與關節連接)

在 Xacro 文件內，找到 left_wheel_hinge 和 right_wheel_hinge 的 <joint>，然後為每個輪子加入 transmission：

<transmission name="left_wheel_trans">
  <type>transmission_interface/SimpleTransmission</type>
  <joint name="left_wheel_hinge">
    <hardwareInterface>hardware_interface/PositionJointInterface</hardwareInterface>
  </joint>
  <actuator name="left_motor">
    <mechanicalReduction>1.0</mechanicalReduction>
  </actuator>
</transmission>

<transmission name="right_wheel_trans">
  <type>transmission_interface/SimpleTransmission</type>
  <joint name="right_wheel_hinge">
    <hardwareInterface>hardware_interface/PositionJointInterface</hardwareInterface>
  </joint>
  <actuator name="right_motor">
    <mechanicalReduction>1.0</mechanicalReduction>
  </actuator>
</transmission>

📌 這段程式碼的作用

• transmission_interface/SimpleTransmission → 讓 ros2_control 知道這是一個簡單的傳動裝置。
• hardware_interface/PositionJointInterface → 控制關節的位置（可以改成速度控制）。
• mechanicalReduction=1.0 → 馬達與輪子是 1:1 轉動比。

🔧 這裡的 PositionJointInterface 可以改成 VelocityJointInterface，如果要用速度控制（PWM 模擬）！

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📌 4️⃣ 建立 ros2_control.yaml (設定 PWM 轉速控制)

我們需要一個 ros2_control.yaml 文件來定義 PWM 速度控制： 📂 路徑建議放在 config/ros2_control.yaml

controller_manager:
  ros__parameters:
    update_rate: 100  # 控制更新頻率 (Hz)

    joint_state_broadcaster:
      type: joint_state_broadcaster/JointStateBroadcaster

    diff_drive_controller:
      type: diff_drive_controller/DiffDriveController

diff_drive_controller:
  ros__parameters:
    left_wheel_names: ["left_wheel_hinge"]
    right_wheel_names: ["right_wheel_hinge"]
    publish_rate: 50
    base_frame_id: "chassis"
    wheel_separation: 0.3  # 左右輪距離
    wheel_radius: 0.1  # 輪子半徑
    use_stamped_vel: false

    # 允許 PWM 訊號輸入
    open_loop: false
    velocity_command_interface: "velocity"

    # 限制最大轉速
    linear:
      x:
        has_velocity_limits: true
        max_velocity: 1.0  # 最大速度 1 m/s
        has_acceleration_limits: true
        max_acceleration: 1.5
    angular:
      z:
        has_velocity_limits: true
        max_velocity: 2.0  # 最大旋轉速度 2 rad/s
        has_acceleration_limits: true
        max_acceleration: 2.5

📌 這段程式碼的作用

• joint_state_broadcaster → 讓 ROS 讀取輪子狀態。
• diff_drive_controller → 使用 差動驅動 (DiffDrive) 控制。
• velocity_command_interface: "velocity" → 允許 cmd_vel 控制輪子的轉速（PWM）。
• 限制最大速度 (max_velocity)，避免過快或不穩定。

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📌 5️⃣ 啟動 ros2_control 並發布 PWM 訊號

✅ 啟動 Gazebo

ros2 launch gazebo_ros gazebo.launch.py

✅ 啟動 ros2_control 控制器

ros2 control load_controller --set-state start joint_state_broadcaster
ros2 control load_controller --set-state start diff_drive_controller

✅ 發布 cmd_vel 來模擬 PWM 訊號

在 PWM 控制中，我們通常改變 輸入電壓 來影響馬達速度。在 ROS 2，我們可以用 cmd_vel 來達到類似的效果：

ros2 topic pub /cmd_vel geometry_msgs/msg/Twist "{linear: {x: 0.5}, angular: {z: 0.0}}"

• x: 0.5 → 給輪子一個 0.5m/s 的速度（模擬 PWM）。
• z: 0.0 → 不轉彎，直線前進。

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🔍 總結

步驟	動作
1️⃣ 安裝 gazebo_ros_control	確保 Gazebo 支援 ROS 控制
2️⃣ 在 myrobot.xacro 加入插件	libgazebo_ros_control.so
3️⃣ 加入 transmission	讓 ros2_control 知道如何控制輪子
4️⃣ 建立 ros2_control.yaml	設定 PWM 速度控制
5️⃣ 啟動 Gazebo & ros2_control	測試 cmd_vel 控制輪子轉速

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🚀 你還需要什麼進一步的調整？

1. 你希望 PWM 訊號來自真實馬達控制板（如 Arduino 或 STM32）嗎？
2. 需要加入 PID 控制 來平滑加速與減速嗎？
3. 需要測試 模擬與真實機器人同步控制（Gazebo + 硬體）嗎？