ubuntu中使用ROS进行机器人路径规划仿真

介绍了在ubuntu20.04中使用ROS平台，实现对机器人进行路径规划的仿真过程

本文的教程对刚入门ROS的同学有一定的帮助

1 安装和配置ROS开发环境

在windows上安装ubuntu20.04虚拟机

启动ubuntu20.04，Ctrl+Alt+T 打开终端

设置sources.list

sudo sh -c '. /etc/lsb-release && echo "deb http://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ros/ubuntu/ `lsb_release -cs` main" > /etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list'

设置秘钥

sudo apt-key adv --keyserver 'hkp://keyserver.ubuntu.com:80' --recv-key C1CF6E31E6BADE8868B172B4F42ED6FBAB17C654

更新软件

sudo apt update && sudo apt upgrade -y

安装ros

sudo apt install -y ros-noetic-desktop-full

更新.bashrc文件

echo "source /opt/ros/noetic/setup.bash" >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc

另外，推荐安装vscode和git、vim、cmake等软件

sudo snap install --classic code
sudo apt install -y git vim cmake terminator

在vscode软件中推荐安装插件如下：

ROS
C/C++
C/C++ Extension Pack
Python

2 快速体验

2.1 下载源码

mv ~/catkin_ws ~/catkin_ws_back 2>/dev/null || :
git clone https://gitee.com/lishan666/ros-robot-demo.git ~/catkin_ws
cd ~/catkin_ws
git submodule update --init --recursive

安装依赖包，编译项目

source ~/catkin_ws/install.sh

2.2 启动

启动单个机器人导航的演示程序

roslaunch robot_nav single_nav.launch

启动两个机器人导航的演示程序

roslaunch robot_two_nav robots_navigation.launch

注意，如果提示[gazebo-2] process has died，可以先彻底关闭gzserver，再启动仿真环境

killall gzserver

后续关闭gazebo、rviz等软件的时候记得通过点击左上方的File->Quit

3 从头创建

3.1 创建机器人节点和包

mkdir -p ~/catkin_ws/src
cd ~/catkin_ws/src
catkin_create_pkg robot1 rospy
catkin_create_pkg robot2 robot1 rospy

编译

cd ~/catkin_ws
catkin_make

3.2 创建URDF机器人模型

新建包abot_description

cd ~/catkin_ws/src
catkin_create_pkg abot_description URDF xacro

在abot_description下新建4个文件夹，其中

urdf：用于存放机器人模型的urdf或xacro文件
meshes：用于放置urdf中引用的模型渲染文件
launch：用于保存相关启动文件
config：用于保存rviz的配置文件

cd ~/catkin_ws/src/abot_description
mkdir urdf meshes launch config

在urdf目录下新建abot.urdf文件，ros仿真中很大部分时间是在编辑该urdf文件

vim ~/catkin_ws/src/abot_description/urdf/abot.urdf

文件内容如下

<?xml version="1.0"?>
<robot name="abot">
    <link name="base_link">
        <visual>
            <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
            <geometry>
                <box size="0.30 0.25 0.15"/>
            </geometry>
            <material name="yellow">
                <color rgba="1 1 0 1"/>
            </material>
        </visual>
    </link>
</robot>

3.3 显示机器人模型

在launch目录下新建abot.launch文件

vim ~/catkin_ws/src/abot_description/launch/abot.launch

文件内容如下

<launch>
    <!-- 设置 launch 文件的参数 -->
    <arg name="paused" default="false"/>
    <!-- <arg name="world_name" value="$(find
    abot_description)/map/abot_square.world"/> -->
    <arg name="use_sim_time" default="true"/>
    <arg name="gui" default="true"/>
    <arg name="headless" default="false"/>
    <arg name="debug" default="false"/>
    <arg name="x_pos" default="0"/>
    <arg name="y_pos" default="0"/>
    <arg name="z_pos" default="15"/>

    <!-- 运行 gazebo 仿真环境 -->
    <!-- <include file="$(find gazebo_ros)/launch/empty_world.launch">
    <arg name="world_name" value="$(arg world_name)"/>
    <arg name="debug" value="$(arg debug)" />
    <arg name="gui" value="$(arg gui)"/>
    <arg name="paused" value="$(arg paused)"/>
    <arg name="use_sim_time" value="$(arg use_sim_time)"/>
    <arg name="headless" value="$(arg headless)"/>
    </include> -->

    <!--robot motor -->
    <param name="robot_description" 
    textfile="$(find abot_description)/urdf/abot.urdf"/>

    <!-- 运行 joint_state_publisher 节点，发布机器人的关节状态 -->
    <node name="joint_state_publisher" pkg="joint_state_publisher"
    type="joint_state_publisher">
    </node>

    <!-- 运行 robot_state_publisher 节点，发布 tf -->
    <node name="robot_state_publisher" pkg="robot_state_publisher"
    type="robot_state_publisher" output="screen">
    </node>

    <!-- 在 gazebo 中加载机器人模型-->
    <!-- <node name="urdf_spawner" pkg="gazebo_ros" type="spawn_model"
    respawn="false" output="screen"
    args="-urdf -model abot_model 
    -x $(arg x_pos) -y $(arg y_pos) -z $(arg z_pos) 
    -param robot_description"/> -->
</launch>

新开一个终端，启动模型

roslaunch abot_description abot.launch

再新开一个终端，运行可视化工具

rosrun rviz rviz

在rviz软件界面中，修改坐标系将map修改为base_link

点击左下角的 add，添加机器人模型插件，选中 RobotModel 点击确定

在rviz界面按下键盘得ctrl+s，保存文件为~/catkin_ws/src/abot_description/config/abot.rviz

修改abot.launch文件，添加rviz节点内容如下

<launch>
    <!-- 运行RVIZ可视化界面-->
    <node name="rviz" pkg="rviz" type="rviz" 
    args="-d $(find abot_description)/config/abot.rviz" required="true">
    </node>
</launch>

3.4 启动地图导航

roslaunch wpb_home/wpb_home_tutorials gmapping.launch

启动仿真环境

roslaunch wpr_simulation wpb_simple.launch

3.5 建图

roslaunch wpr_simulation wpb_gmapping.launch
rosrun wpr_simulation keyboard_vel_ctrl
rosrun map_server map_saver -f map

导航

roslaunch wpr_simulation wpb_stage_slam.launch
roslaunch wpr_simulation wpb_demo_nav.launch


roslaunch wpr_simulation wpb_hector.launch