移动机器人SLAM技术 课件 【ch09】移动机器人仿真开发

移动机器人仿真开发第九章大学生礼仪高等院校公共课系列精品教材01PARTONE搭建移动机器人模型01搭建移动机器人模型

<link>描述移动机器人某个刚体部分的外观和物理属性，包括尺寸、颜色、形状、惯性矩阵、碰撞参数等。URDF中link的参数设置形式如图9.2所示，其中，<visual>描述的是link部分的外观参数:<inertial>描述link的惯性矩阵参数;<collision>描述link的碰撞参数。<join>描述移动机器人关节的运动学和动力学属性，包括关节运动的位置和速度限制。根据关节运动形式01

linkandjoint01搭建移动机器人模型

01创建传感器

至此，我们完成了移动机器人底座的创建，但是还没有传感器，因此，需要继续往mbotbase.urdf文件中添加内容，构建移动机器人上的传感器。(1)创建相机。(2)创建激光雷达(3)创建深度相机Kinectv1,01搭建移动机器人模型

01xacro移动机器人模型

当我们使用xacro模型时，模型文件的后缀不再是.urdf,而是xacro。为了开始使用xacro模型，需要指定一个命名空间，以便文件能够正确地解析。使用xacmo声明常量，能够避免在很多行重复使用同一个数值。不使用xacTo;如果需要改变一个值，就要修改若干个地方，从而很难进行文件的维护。为了使用这些常量，现在只需要使用S{nameofvariable}将旧值更新为下列新值，xacro文件中常量的定义(xacro模型不同于urdf模型可以直接在launch文件中调用并进行显示，xacro模型显示时，需要通过以下两种方法实现。(1)在功能包的urdf文件夹下打开一个终端，输入(2)直接调动xacro文件解析器

01搭建移动机器人模型

01在Gazebo中加载移动机器人模型

我们想在Gazebo或其他仿真软件中进行移动机器人仿真，就需要添加物理属性和碰撞属性。这意味着我们需要设定几何尺寸来计算可能的碰撞，例如，需要设定质量我们才能够计算惯性等，故需要保证模型文件中的所有连接都有这些参数，否则就无法对这些移动机器人进行仿真。对网格模型文件来说，ROS中建模的简单几何形状比引入的网格模型更容易进行碰撞计算。相比计算简单几何形状来说，两个网格模型之间进行碰撞计算要使用更加复杂的计算方法，也会耗费更多的计算资源。02PARTONE搭建仿真物理环境模型02搭建仿真物理环境模型

9.2搭建仿真物理环境模型

1.终端输入命令终端输入命令:02搭建仿真物理环境模型

2.创建仿真环境这里主要有两种方法:一种是利用Gazebo自带的环境模型构建自己的仿真环境;另一种是使用Gazebo提供的BuildingEditor进行设计，也可以两种方法混合使用构建需要的仿真环境。方法一;直接添加环境模型。打开Gazebo仿真环境后，在左上方“insert”栏中会有很多自带的模型，选中后放入仿真环境中即可，展开“File”下拉菜单，单击“SaveWorldAs”选项，将该仿真环境保存为后缀为.world的文件，即可完成仿真环境的构建。保存仿真环境模型如图9.24所示。02搭建仿真物理环境模型

方法二:使用Gazebo提供的BuildingEditor进行设计。利用BuildingEditor设计仿真环境如图9.25所示。首先单击“BuildingEditor”选项进入编辑界面，然后根据需要选中左侧栏中的物体，再在右上方白色网格区域内拖出需要的长度。绘制完成后，展开“File”下拉菜单，单击“Save”选项进行保存。保存完成后，单击"ExitBuildingEditor"选项，就可以退出编辑界面了。退出后，会在Gazebo中看到刚刚绘制的仿真环境，再将该仿真环境保存为后缀为，world的文件即可。02搭建仿真物理环境模型

动机器人放入仿真环境中的launch文件

02PARTONE定位与导航03定位与导航

通过上述内容，实现了移动机器人和仿真环境的开发，现在，需要让移动机器人动起来，并且利用它来实现一些功能。这里，直接使用提供的功能包来实现需要的功能。03键盘控制03定位与导航

03定位和建图03定位与导航

03定位与导航

03定位与导航

03定位与导航

03导航03定位与导航

03自主探索移动机器人的导航需要使用地图，但很少有移动机器人可以自主构建导航区域的地图。通常，人们必须提前构建好地图，提供障碍物的确切位置(度量地图)或者表示两个区域连通性的图形(拓扑地图)。因此，大多数移动机器人在未知环境中无法有效导航。自主探索可以让移动机器人突破这种限制。自主探索可以定义为移动机器人在未知环境中移动并构建出可用于后续导航的地图的一种行为，好的探索策略可以在合理的时间内生成完整或近乎完整的地图。虽然室内环境大多呈现出一种看起来简单直接的结构，如矩形办公室、直走廊，以及无处不在的直角，但实际情况往往截然不同，在真实场景下，移动机器人需要在摆满家具的房间内进行导航，墙壁也可能隐藏在书桌和书架的后面。因此室内的探索将面对非常复杂的环境。03定位与导航

03探索一旦在栅格地图中检测到边界，移动机器人就会尝试导航到最近的、未访问的边界。该算法会作为路径规划器的输入为移动机器人提供到目标点的导航，之后由路径规划模块计算出一条无碰撞的路径并控制移动机器人沿着该路径到达目标点。由于室内环境是一种动态环境，因此路径规划模块还需要控制移动机器人躲避那些原本不在地图中的障碍物，这是避免与四处走动的人发生碰撞的必要条件。04PARTONE小结05小结本章旨在通过实验的方式，让读者更加了解ROS与SLAM。本章主要对移动机器人的仿真开发进行介绍:首先，介绍了仿真移动机器人模型的搭建，其中包括urdf

模型与