【Gazebo入门教程】第一讲 Gazebo的安装、UI界面、SDF文件介绍
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一、Gazebo的简介与安装
1. 基本介绍
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概念：Gazebo是一款3D动态模拟器，能够在复杂的室内和室外环境中准确有效地模拟机器人群。与游戏引擎提供高保真度的视觉模拟类似，Gazebo提供高保真度的物理模拟，其提供一整套传感器模型，以及对用户和程序非常友好的交互方式。
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基本应用：
- 测试机器人算法
- 设计机器人
- 用显示场景进行回归测试
- 基本特点：
- 包含多个物理引擎
- 包含丰富的机器人模型和环境库
- 包含多样的传感器
- 程序设计便捷，图形界面UI合理
2. 性能要求与安装
- 操作系统要求：Ubuntu或者其他Linux发行版
- 其余要求：
- GPU：Nvidia显卡配置，当然在场景简单时，可以只使用CPU；
- CPU：至少是intel I5及以上的产品；
- 内存：至少500MB的磁盘空间，这里建议尽量大，8G+即可；
- 安装流程：
- 添加源
sudo sh -c 'echo "deb http://packages.osrfoundation.org/gazebo/ubuntu-stable `lsb_release -cs` main" > /etc/apt/sources.list.d/gazebo-stable.list' wget http://packages.osrfoundation.org/gazebo.key -O - | sudo apt-key add -
- 安装
sudo apt-get update sudo apt-get install gazebo11 sudo apt-get install libgazebo11-dev
二、GUI界面详解
- 启动Gazebo：
alt + F2，后输入gazebo即可；当然也可以通过图形化标签搜索找到并固定到任务栏，基本界面如下
1. 场景(Scene)
- 介绍：场景是模拟器的主要部分，用于显示仿真模型，操作仿真对象与环境进行交互
2. 左右面板(Panels)简介、
- 介绍：
- 左面板：
1）WORLD：“世界”选项卡，显示当前在场景中的模型，并允许你查看和修改模型参数，例如它们的姿势。你还可以通过展开“GUI”选项并调整相机姿势来更改摄像机视角。
- 右面板：
3. 上下工具栏(Toolbars)与菜单栏(menu)
- 顶部工具栏：包含与模拟器交互时的选项，具体介绍如下
- 选择模型（Select mode）：在场景中做标注；
- 转换模式（Translate mode）：选择要移动的模型，可以沿x轴，y轴，z轴，或任意方向移动模型；
- 旋转模式（Rotate mode）：选择要旋转的模型，可以沿x轴，y轴，z轴进行旋转模型；
- 缩放模式（Scale mode）：选择要缩放的模型，可以沿x轴，y轴，z轴进行缩小或放大模型；
- 撤消/重做（Undo/Redo）：撤消/重做场景中的操作；
- 简单物体（Simple shapes）：放置一个长方体/球体/圆柱体
- 灯光（Lights）：将灯光添加到场景，点光源 (球状点光源)/聚光灯 (从上而下，金字塔状向下照射)/方向性光源 (平行光)；
- 复制/粘贴（Copy/Paste）：复制/粘贴场景中的模型；
- 对齐（Align）：将模型彼此对齐；
- 捕捉（Snap）：将一个模型捕捉到另一个模型；
- 更改视图（Change view）：从不同角度查看场景。
- 底部工具栏：显示仿真有关数据，具体如下
- 播放/暂停：根据你的程序，运行仿真或暂停
- 以步长播放：按照规定的时长，一步一步运行仿真，默认步长1ms
- 实时因子：模拟时间与真实时间的比率，1代表实时模拟
- 仿真时间（Simulation time）：当仿真运行时，时间在仿真环境中过得有多快。仿真可以比真实时间慢或快，具体取决于运行仿真所需的计算量；
- 真实时间（Real time）：在仿真环境中运行时实际经过的时间。仿真时间和真实时间的比率称为实时因子。
- 迭代次数：世界状态每迭代一次就更新一次。您可以在底部工具栏的右侧看到迭代次数。每次迭代都会将仿真推进一个固定的秒数，称为步长。
- 菜单栏：像大多数应用程序一样，gazebo顶部有一个应用程序菜单。某些菜单选项会显示工具栏中。在场景中，右键单击上下文菜单选项，可查看各种菜单。注意：有些Linux桌面会隐藏应用程序菜单。如果看不到菜单，请将光标移到应用程序窗口的顶部，菜单就会出现。
4. 鼠标（Mouse Controls）
- 介绍：具体使用方法上图已有详述，包含在场景中导航和更改视角的基本鼠标操作。右键单击模型将打开一个包含各种选项的上下文菜单。
三、URDF与SDF文件
1. URDF介绍
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URDF文件：统一机器人描述格式（urdf）是ROS用于描述机器人的所有元素的XML文件格式，具体研究可见博客URDF文件建立运动学模型教程
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存在的缺点：
- 在gazebo中使用urdf文件，必须添加一些特定用于仿真的标签才能与gazebo一起正常使用;
- 缺少许多功能，并且尚未进行更新以应对机器人技术的不断发展的需求。urdf只能单独指定单个机器人的运动学和动力学特性，无法指定世界中机器人本身的姿势;
- 不是通用的描述格式，因为它不能指定关节环（平行连接），并且缺乏摩擦和其他特性;
- 不能指定非机器人，例如灯光，高度图等;
- 语法大量使用XML属性破坏了正确的格式设置，这反过来又使urdf更加不灵活。
2. SDF介绍
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SDF文件：仿真描述格式(sdf)，是从世界级到机器人级的所有内容的完整描述，能够描述机器人、静态和动态物体、照明、地形甚至物理学的各方面的信息。
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优点/对URDF的优化：
- 可以精确描述机器人的各类性质，除了传统的运动学特性之外，还可以为机器人定义传感器、表面属性、纹理、关节摩擦等；
- 提供了定义各种环境的方法。包括环境光照、地形等;
- 使用XML格式进行描述,能够更好的描述真实的模拟条件;
- 选用要求：
- 必须使用URDF文件：
- 必须使用SDF文件：
3. 相互转换
注意：此处的转换方式存在一定固有问题，最好还是直接安装格式书写，避免发生转换；
- URDF转为SDF：
- 常规方法：将URDF加载到Gazebo，另存为一个单独的world文件，sdf格式的模型就完整地保存在*.world文件的元素下；
- 命令行方法：在URDF文件目录下开启终端，输入命令
gz sdf -p my_model.urdf > my_model.sdf
- SDF转为URDF：pysdf功能包（非官方开发工具）
- 下载功能包，置于工作空间src目录下，链接：https://link.zhihu.com/?target=https%3A//github.com/chenjm1109/pysdf
- 编译工作空间：
$ cd ~/catkin_ws/ $ catkin_make
- 在模型文件目录下打开终端：
$ rosrun pysdf sdf2urdf.py my_model.sdf result_model.urdf
注意：此方法是相关大佬自行研发而得，存在一定限制性，解决办法如下：
- sdf2urdf.py是python可执行文件，如果报错[rosrun] Couldn’t find executable named sdf2urdf below…，就需要先通过chmod +x *指令为其赋予可执行权限，这是使用所有ROS-python可执行文件时都要注意的事情。
- sdf文件中不要有插件，也不要有ball关节等urdf无法识别的关节类型。
- 转换完成后可使用check_urdf工具检查urdf的合法性，命令如下：
$ sudo apt-get install liburdfdom-tools$ check_urdf result_model.rudf
总结
- 内容分析：本篇博客主要介绍了Gazebo仿真软件的基本功能、应用方法，并分别详细地讲述了Gazebo的安装方法、GUI界面详解，最后对URDF文件和SDF文件进行了对比介绍，并给出了相互转换的方法，下篇博客将会以模型编辑器为主，介绍如何使用Gazebo的图形化界面生成机器人模型并进行仿真，敬请期待。
- 注意：本文参考了Gazebo官方网站以及古月居中的Gazebo有关教程，主要目的是方便自行查询知识，巩固学习经验
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