机器人仿真

常见仿真软件

目前市面上有许多机器人仿真软件，这些仿真软件其实是独立于ROS的，他们是通过一些物理引擎做的。通过一些插件，可以让这些仿真软件和ROS2结合。下面的笔记全是基于Gazebo的

所需参数

仿真时URDF文件必须定义一些子标签：

碰撞（collison标签）
内参：包括物体质量（mass标签）、旋转惯量（inertia标签）、摩擦力（gazebo扩展的一些标签）

Gazebo的使用

Gazebo本身是个与ROS无关的软件，必须通过一些插件，才能让它和ROS2结合

启动

直接启动Gazebo的话，不会启动对应的ROS2 node，这样的话就无法和ROS2联动了。所以启动Gazebo的时候必须指定ROS2插件

1	gazebo --verbose -s libgazebo_ros_init.so -s libgazebo_ros_factory.so

此时会创建一个叫/gazebo的ROS节点，该节点创建了一些service，让我们可以与其交互（gazeo里面本身也有一些GUI操作工具，但是无法直接加载urdf文件）

ros2 service list
/delete_entity # 用于删除gazbeo中已经加载的模型
/gazebo/describe_parameters
/gazebo/get_parameter_types
/gazebo/get_parameters
/gazebo/list_parameters
/gazebo/set_parameters
/gazebo/set_parameters_atomically
/get_model_list # 用于获取模型列表
/pause_physics
/reset_simulation
/reset_world
/spawn_entity # 用于加载模型(urdf)到gazebo中
/unpause_physics

加载模型

ROS2中的gazebo_ros2功能包提供了一个节点（spawn_entity.py），这个节点会调用/spawn_entity服务，我们只需要在启动节点时设置一些参数，即可加载不同的模型进Gazebo

插件机制

Gazebo本体提供的功能并不多，为了在不修改其源码的情况下，对其工作做一些扩展（新增传感器、集成ROS、直接访问物理引擎…）它提供了一种插件机制。用户可以通过写插件（动态库），来实现对Gazebo进行二次开发，插件按功能可以分为以下几类：

插件类型	作用对象	典型应用
WorldPlugin	整个仿真世界	全局物理规则、环境动态变化（如天气）
ModelPlugin	单个模型	机器人运动控制、机械臂逆运动学
SensorPlugin	传感器	激光雷达噪声模拟、摄像头图像生成
SystemPlugin	Gazebo系统本身	自定义命令行参数、日志记录
VisualPlugin	可视化元素	渲染特效（如粒子系统）
GUIPlugin	用户界面	添加自定义按钮或显示面板

通过ls /opt/ros/humble/lib/libgazebo_ros*可以看当前安装了什么插件

工作原理

插件加载流程

声明插件：在URDF/SDF文件中通过<plugin>标签指定插件库路径和参数：

<model name="robot">
  <plugin name="diff_drive" filename="libgazebo_ros_diff_drive.so">
    <wheel_separation>0.5</wheel_separation>
  </plugin>
</model>

动态加载：Gazebo启动时通过dlopen()加载插件库，调用注册函数创建插件实例
初始化：插件重写基类的Load()方法，获取仿真对象（如模型指针）并绑定事件回调

事件响应机制

插件通过Gazebo的事件系统（如WorldUpdateBegin）实时响应仿真状态：

void MyPlugin::Load(gazebo::physics::ModelPtr _model, sdf::ElementPtr _sdf) {
  this->model = _model;
  this->updateConnection = gazebo::event::Events::ConnectWorldUpdateBegin(
    std::bind(&MyPlugin::OnUpdate, this));
}

void MyPlugin::OnUpdate() {
  // 每帧仿真步进时执行的控制逻辑
  this->model->SetForce(...);
}

通信方式

内部通信：插件直接访问Gazebo的API（如physics::World）修改仿真状态
外部通信：通过ROS话题/服务（如libgazebo_ros_imu.so发布/imu/data）与外部系统交互

这些插件如果要和ROS交互，一般会作为一个node，与其他节点进行通信。在使用插件时，我们应该重点关注这些插件节点的输入和输出是什么

数据流

在同时使用ROS2、Gazebo、RVIZ的时候，数据流一般是这样的：

1	ros2->gazebo->rviz

首先通过ROS2节点往Gazebo的运动控制/传感器插件发数据，这些插件在计算完后，会将结果以topic的形式广播，再用RVIZ订阅这些topic就行了

006 机器人仿真