移動機器人SLAM技術 課件 【ch09】移動機器人仿真開發(fā)

移動機器人仿真開發(fā)第九章大學生禮儀高等院校公共課系列精品教材01PARTONE搭建移動機器人模型01搭建移動機器人模型

<link>描述移動機器人某個剛體部分的外觀和物理屬性，包括尺寸、顏色、形狀、慣性矩陣、碰撞參數(shù)等。URDF中l(wèi)ink的參數(shù)設置形式如圖9.2所示，其中，<visual>描述的是link部分的外觀參數(shù):<inertial>描述link的慣性矩陣參數(shù);<collision>描述link的碰撞參數(shù)。<join>描述移動機器人關節(jié)的運動學和動力學屬性，包括關節(jié)運動的位置和速度限制。根據(jù)關節(jié)運動形式01

linkandjoint01搭建移動機器人模型

01創(chuàng)建傳感器

至此，我們完成了移動機器人底座的創(chuàng)建，但是還沒有傳感器，因此，需要繼續(xù)往mbotbase.urdf文件中添加內容，構建移動機器人上的傳感器。(1)創(chuàng)建相機。(2)創(chuàng)建激光雷達(3)創(chuàng)建深度相機Kinectv1,01搭建移動機器人模型

01xacro移動機器人模型

當我們使用xacro模型時，模型文件的后綴不再是.urdf,而是xacro。為了開始使用xacro模型，需要指定一個命名空間，以便文件能夠正確地解析。使用xacmo聲明常量，能夠避免在很多行重復使用同一個數(shù)值。不使用xacTo;如果需要改變一個值，就要修改若干個地方，從而很難進行文件的維護。為了使用這些常量，現(xiàn)在只需要使用S{nameofvariable}將舊值更新為下列新值，xacro文件中常量的定義(xacro模型不同于urdf模型可以直接在launch文件中調用并進行顯示，xacro模型顯示時，需要通過以下兩種方法實現(xiàn)。(1)在功能包的urdf文件夾下打開一個終端，輸入(2)直接調動xacro文件解析器

01搭建移動機器人模型

01在Gazebo中加載移動機器人模型

我們想在Gazebo或其他仿真軟件中進行移動機器人仿真，就需要添加物理屬性和碰撞屬性。這意味著我們需要設定幾何尺寸來計算可能的碰撞，例如，需要設定質量我們才能夠計算慣性等，故需要保證模型文件中的所有連接都有這些參數(shù)，否則就無法對這些移動機器人進行仿真。對網(wǎng)格模型文件來說，ROS中建模的簡單幾何形狀比引入的網(wǎng)格模型更容易進行碰撞計算。相比計算簡單幾何形狀來說，兩個網(wǎng)格模型之間進行碰撞計算要使用更加復雜的計算方法，也會耗費更多的計算資源。02PARTONE搭建仿真物理環(huán)境模型02搭建仿真物理環(huán)境模型

9.2搭建仿真物理環(huán)境模型

1.終端輸入命令終端輸入命令:02搭建仿真物理環(huán)境模型

2.創(chuàng)建仿真環(huán)境這里主要有兩種方法:一種是利用Gazebo自帶的環(huán)境模型構建自己的仿真環(huán)境;另一種是使用Gazebo提供的BuildingEditor進行設計，也可以兩種方法混合使用構建需要的仿真環(huán)境。方法一;直接添加環(huán)境模型。打開Gazebo仿真環(huán)境后，在左上方“insert”欄中會有很多自帶的模型，選中后放入仿真環(huán)境中即可，展開“File”下拉菜單，單擊“SaveWorldAs”選項，將該仿真環(huán)境保存為后綴為.world的文件，即可完成仿真環(huán)境的構建。保存仿真環(huán)境模型如圖9.24所示。02搭建仿真物理環(huán)境模型

方法二:使用Gazebo提供的BuildingEditor進行設計。利用BuildingEditor設計仿真環(huán)境如圖9.25所示。首先單擊“BuildingEditor”選項進入編輯界面，然后根據(jù)需要選中左側欄中的物體，再在右上方白色網(wǎng)格區(qū)域內拖出需要的長度。繪制完成后，展開“File”下拉菜單，單擊“Save”選項進行保存。保存完成后，單擊"ExitBuildingEditor"選項，就可以退出編輯界面了。退出后，會在Gazebo中看到剛剛繪制的仿真環(huán)境，再將該仿真環(huán)境保存為后綴為，world的文件即可。02搭建仿真物理環(huán)境模型

動機器人放入仿真環(huán)境中的launch文件

02PARTONE定位與導航03定位與導航

通過上述內容，實現(xiàn)了移動機器人和仿真環(huán)境的開發(fā)，現(xiàn)在，需要讓移動機器人動起來，并且利用它來實現(xiàn)一些功能。這里，直接使用提供的功能包來實現(xiàn)需要的功能。03鍵盤控制03定位與導航

03定位和建圖03定位與導航

03定位與導航

03定位與導航

03定位與導航

03導航03定位與導航

03自主探索移動機器人的導航需要使用地圖，但很少有移動機器人可以自主構建導航區(qū)域的地圖。通常，人們必須提前構建好地圖，提供障礙物的確切位置(度量地圖)或者表示兩個區(qū)域連通性的圖形(拓撲地圖)。因此，大多數(shù)移動機器人在未知環(huán)境中無法有效導航。自主探索可以讓移動機器人突破這種限制。自主探索可以定義為移動機器人在未知環(huán)境中移動并構建出可用于后續(xù)導航的地圖的一種行為，好的探索策略可以在合理的時間內生成完整或近乎完整的地圖。雖然室內環(huán)境大多呈現(xiàn)出一種看起來簡單直接的結構，如矩形辦公室、直走廊，以及無處不在的直角，但實際情況往往截然不同，在真實場景下，移動機器人需要在擺滿家具的房間內進行導航，墻壁也可能隱藏在書桌和書架的后面。因此室內的探索將面對非常復雜的環(huán)境。03定位與導航

03探索一旦在柵格地圖中檢測到邊界，移動機器人就會嘗試導航到最近的、未訪問的邊界。該算法會作為路徑規(guī)劃器的輸入為移動機器人提供到目標點的導航，之后由路徑規(guī)劃模塊計算出一條無碰撞的路徑并控制移動機器人沿著該路徑到達目標點。由于室內環(huán)境是一種動態(tài)環(huán)境，因此路徑規(guī)劃模塊還需要控制移動機器人躲避那些原本不在地圖中的障礙物，這是避免與四處走動的人發(fā)生碰撞的必要條件。04PARTONE小結05小結本章旨在通過實驗的方式，讓讀者更加了解ROS與SLAM。本章主要對移動機器人的仿真開發(fā)進行介紹:首先，介紹了仿真移動機器人模型的搭建，其中包括urdf

模型與