一、提要

        本文对于初学者的Gazebo仿真给出导学，通过学习，能使初学者对ROS2和gazebo配合得到初步认知。本文是系列文档，我们将讲述小车的种种仿真，本篇只是开头，讲最简单的仿真----运动仿真。

二、完善环境 

2.1 基础环境

全文的环境为: Ubuntu 20.04 + ROS2 foxy + Gazebo11

2.2 安装gazebo-plugin

        因为在foxy装完后，发现系统内无gazebo-plugin，因此，需要安装它。

 sudo apt install ros-foxy-gazebo-*

        注意：无论Ubuntu系统内有无安装gazebo，如已经独立安装，最后在路径：

cd  /opt/ros/foxy/share 下，必须看到：

（   若需要改apt-get的换数据源：

        从ubuntu首先进入 Settings -> Software & Updates -> Ubuntu Software, Download from 处选择对应的源即可。 ）

  2.3 查看gazebo的版本 

 gazebo --version

 三、读入系统范例

        系统路径下，有许多预设案例，我们可以跑其中之一，若跑其它案例与此雷同。

3.1 从gazebo打开范例

gazebo --verbose /opt/ros/foxy/share/gazebo_plugins/worlds/gazebo_ros_diff_drive_demo.world

出现如下：

3.2 检查状态

ros2 toplic list

系统若正常显示为：

四、通过指令驱动小车

4.1 直线轨迹行驶

驱动小车直线行驶指令： 

ros2 topic pub /demo/cmd_demo geometry_msgs/Twist '{linear: {x: 1.0}}' -1

4.2 圆周轨迹行驶 

ros2 topic pub /demo/cmd_demo geometry_msgs/msg/Twist "{linear:{x=5,y=5,z:0},angular:{x=0,y=0,z=3.14}}"

4.3 里程计信息查看

        这是小车的传感器反馈到控制系统的topic。

ros2 topic echo /demo/odom_demo

        话题列表中还有一个odom_demo，可以实时反馈小车的里程计信息：

五、代码解释

       所谓程序语言的类别，有两种：

• 功能性的：如C语言、java、python
• 描述性的：xml

        gazebo仿真属于描述性的程序代码xml。

       下面我们对文件gazebo_ros_diff_drive_demo.world进行解读，该文件可以在以下路径中找到：

gazebo_ros_diff_drive_demo.world文件内容并不算多，主要是sdf模型文件的描述。

头部注释里是该例程的使用方法，大家也都可以试一下：

  Gazebo ROS differential drive plugin demo
  Try sending commands:
    ros2 topic pub /demo/cmd_demo geometry_msgs/Twist '{linear: {x: 1.0}}' -1
    ros2 topic pub /demo/cmd_demo geometry_msgs/Twist '{angular: {z: 0.1}}' -1
  Try listening to odometry:
    ros2 topic echo /demo/odom_demo
  Try listening to TF:
    ros2 run tf2_ros tf2_echo odom chassis
    ros2 run tf2_ros tf2_echo chassis right_wheel
    ros2 run tf2_ros tf2_echo chassis left_wheel

        接下来是sdf模型相关的描述，除了ground和sun模型的调用外，重点是小车模型vehicle的描述，和URDF建模的语都是xml结构体：

5.1 xml对world的描述

        对world的描述分两部分：

• 点缀部分：环境描述部分，如地面、太阳、树等
• 核心部分：被控对象，如：小车、机器人等

         无论world的点缀部分、还是核心部分都是由许多model组成，这些model有些是环境的，有些是被控对象的。

• 代码如下：

 <world name="default">

    <include>
      <uri>model://ground_plane</uri>
    </include>

    <include>
      <uri>model://sun</uri>
    </include>

    <model name='vehicle'>

    ... 
    </model>

</world >

5.2 vehicle对应model的组成结构

对于任意model都包含以下属性：

• 1）坐标位置
• 2）几何形状
• 3）物理惯性：就是与质量相关的若干物理量，URDF没有。
• 4）视觉范围
• 5）碰撞范围：可能碰撞的外观，只有运动起来才能显现。

关于model的构成：

  <world name="default">

    <include>
      <uri>model://ground_plane</uri>
    </include>

    <include>
      <uri>model://sun</uri>
    </include>

    <model name='vehicle'>
      <pose>0 0 0.325 0 -0 0</pose>

      <link name='chassis'>
        <pose>-0.151427 -0 0.175 0 -0 0</pose>
        <inertial>
          <mass>1.14395</mass>
          <inertia>
            <ixx>0.126164</ixx>
            <ixy>0</ixy>
            <ixz>0</ixz>
            <iyy>0.416519</iyy>
            <iyz>0</iyz>
            <izz>0.481014</izz>
          </inertia>
        </inertial>
        <visual name='visual'>
          <geometry>
            <box>
              <size>2.01142 1 0.568726</size>
            </box>
          </geometry>
        </visual>
        <collision name='collision'>
          <geometry>
            <box>
              <size>2.01142 1 0.568726</size>
            </box>
          </geometry>
        </collision>
      </link>

      <link name='left_wheel'>
        <pose>0.554283 0.625029 -0.025 -1.5707 0 0</pose>
        <inertial>
          <mass>2</mass>
          <inertia>
            <ixx>0.145833</ixx>
            <ixy>0</ixy>
            <ixz>0</ixz>
            <iyy>0.145833</iyy>
            <iyz>0</iyz>
            <izz>0.125</izz>
          </inertia>
        </inertial>
        <visual name='visual'>
          <geometry>
            <sphere>
              <radius>0.3</radius>
            </sphere>
          </geometry>
        </visual>
        <collision name='collision'>
          <geometry>
            <sphere>
              <radius>0.3</radius>
            </sphere>
          </geometry>
          <surface>
            <friction>
              <ode>
                <mu>1</mu>
                <mu2>1</mu2>
                <slip1>0</slip1>
                <slip2>0</slip2>
              </ode>
            </friction>
            <contact>
              <ode>
                <soft_cfm>0</soft_cfm>
                <soft_erp>0.2</soft_erp>
                <kp>1e+13</kp>
                <kd>1</kd>
                <max_vel>0.01</max_vel>
                <min_depth>0.01</min_depth>
              </ode>
            </contact>
          </surface>
        </collision>
      </link>

      <link name='right_wheel'>
        <pose>0.554282 -0.625029 -0.025 -1.5707 0 0</pose>
        <inertial>
          <mass>2</mass>
          <inertia>
            <ixx>0.145833</ixx>
            <ixy>0</ixy>
            <ixz>0</ixz>
            <iyy>0.145833</iyy>
            <iyz>0</iyz>
            <izz>0.125</izz>
          </inertia>
        </inertial>
        <visual name='visual'>
          <geometry>
            <sphere>
              <radius>0.3</radius>
            </sphere>
          </geometry>
        </visual>
        <collision name='collision'>
          <geometry>
            <sphere>
              <radius>0.3</radius>
            </sphere>
          </geometry>
          <surface>
            <friction>
              <ode>
                <mu>1</mu>
                <mu2>1</mu2>
                <slip1>0</slip1>
                <slip2>0</slip2>
              </ode>
            </friction>
            <contact>
              <ode>
                <soft_cfm>0</soft_cfm>
                <soft_erp>0.2</soft_erp>
                <kp>1e+13</kp>
                <kd>1</kd>
                <max_vel>0.01</max_vel>
                <min_depth>0.01</min_depth>
              </ode>
            </contact>
          </surface>
        </collision>
      </link>

      <link name='caster'>
        <pose>-0.957138 -0 -0.125 0 -0 0</pose>
        <inertial>
          <mass>1</mass>
          <inertia>
            <ixx>0.1</ixx>
            <ixy>0</ixy>
            <ixz>0</ixz>
            <iyy>0.1</iyy>
            <iyz>0</iyz>
            <izz>0.1</izz>
          </inertia>
        </inertial>
        <visual name='visual'>
          <geometry>
            <sphere>
              <radius>0.2</radius>
            </sphere>
          </geometry>
        </visual>
        <collision name='collision'>
          <geometry>
            <sphere>
              <radius>0.2</radius>
            </sphere>
          </geometry>
        </collision>
      </link>

      <joint name='left_wheel_joint' type='revolute'>
        <parent>chassis</parent>
        <child>left_wheel</child>
        <axis>
          <xyz>0 0 1</xyz>
          <limit>
            <lower>-1.79769e+308</lower>
            <upper>1.79769e+308</upper>
          </limit>
        </axis>
      </joint>

      <joint name='right_wheel_joint' type='revolute'>
        <parent>chassis</parent>
        <child>right_wheel</child>
        <axis>
          <xyz>0 0 1</xyz>
          <limit>
            <lower>-1.79769e+308</lower>
            <upper>1.79769e+308</upper>
          </limit>
        </axis>
      </joint>

      <joint name='caster_wheel' type='ball'>
        <parent>chassis</parent>
        <child>caster</child>
      </joint>

重点是最下边的差速控制器插件配置，其中的参数配置和ROS 1是一致的：

      <plugin name='diff_drive' filename='libgazebo_ros_diff_drive.so'>

        <ros>
          <namespace>/demo</namespace>
          <argument>cmd_vel:=cmd_demo</argument>
          <argument>odom:=odom_demo</argument>
        </ros>

        <!-- wheels -->
        <left_joint>left_wheel_joint</left_joint>
        <right_joint>right_wheel_joint</right_joint>

        <!-- kinematics -->
        <wheel_separation>1.25</wheel_separation>
        <wheel_diameter>0.6</wheel_diameter>

        <!-- limits -->
        <max_wheel_torque>20</max_wheel_torque>
        <max_wheel_acceleration>1.0</max_wheel_acceleration>

        <!-- output -->
        <publish_odom>true</publish_odom>
        <publish_odom_tf>true</publish_odom_tf>
        <publish_wheel_tf>true</publish_wheel_tf>

        <odometry_frame>odom_demo</odometry_frame>
        <robot_base_frame>chassis</robot_base_frame>

      </plugin>

（更新中...）