gazebo仿真尝试

Yusialone2025-07-182025-07-21

本文档旨在作为将 gazebo_robot_sim_py 仿真项目移植到真实硬件平台的操作手册。核心思想是：用真实的传感器驱动替换Gazebo插件，并调整配置文件以匹配真实机器人的物理特性。

在 slam_launch.py 启动的SLAM流程中，您的实车需要替换Gazebo提供的传感器数据，并可能需要调整Cartographer的配置。

1. 必需的输入话题 (Your Vehicle MUST Provide These)

接口 (话题)	消息类型	发布者 (仿真中)	订阅者 (仿真中)	实车操作指南
`/scan`	`sensor_msgs/LaserScan`	Gazebo激光雷达插件	`cartographer_node`	【核心任务】您的激光雷达驱动程序必须发布此话题。确保消息的 `frame_id` 与您机器人TF树中的激光雷达坐标系名称一致（例如 `laser_link`）。
`/odom`	`nav_msgs/Odometry`	Gazebo差分驱动插件	`cartographer_node`	【核心任务】您的底层运动控制器或轮式里程计驱动程序必须发布此话题。这提供了机器人的速度和位姿初步估计。`frame_id` 应为 `odom`，`child_frame_id` 应为 `base_link`。
`/tf`	`tf2_msgs/TFMessage`	Gazebo差分驱动插件,`robot_state_publisher`, `static_transform_publisher`	`cartographer_node`	【核心任务】您的机器人TF树必须完整且正确。具体包括： 1. `odom` -> `base_link`：通常由里程计发布者提供。 2. `base_link` -> `laser_link`：这是激光雷达相对于机器人中心的物理安装位置。

2. 关键的输出话题 (Cartographer Provides These for You)

接口 (话题)	消息类型	发布者 (仿真中)	订阅者 (仿真中)	实车调试要点
`/map`	`nav_msgs/OccupancyGrid`	`cartographer_occupancy_grid_node`	`rviz2`	这是最终生成的2D栅格地图。您可以在RViz中订阅此话题来查看建图效果。
`/tf`	`tf2_msgs/TFMessage`	`cartographer_node`	`rviz2` 等	Cartographer会发布`map` -> `odom` 的TF变换。这是SLAM的核心输出，它修正了里程计的累积误差，将机器人定位在全局地图中。

3. 需要重点关注的配置文件

urdf/robot.urdf:
- 物理尺寸: 修改 base_link, left_wheel, right_wheel 等连杆的 <visual> 和 <collision> 标签中的尺寸，以匹配您的真实机器人。
- 惯性参数: 粗略估计或测量各部件的 <inertial> 参数（质量和惯性张量）。
- 移除Gazebo插件: 【关键】 删除或注释掉所有 <gazebo> 标签。这包括差分驱动插件和激光雷达传感器插件。
config/cartographer_config.lua:
- tracking_frame: 确保这是您机器人URDF中的基座坐标系名称，通常是 base_link。
- odom_frame: 确保这是您的里程计发布的坐标系名称，通常是 odom。
- num_laser_scans: 如果您有多个激光雷达，需要修改此值。
- 性能调优: min_range, max_range, voxel_filter_size 等参数可能需要根据您的激光雷达型号和环境进行调优。
launch/slam_launch.py:
- static_tf_base_to_laser: 【关键】 修改此 Node 的 arguments，以反映激光雷达在您真实车辆上的精确安装位置。
- 移除Gazebo: 您可以删除 gazebo 和 spawn_entity 节点。
- teleop_twist_keyboard: 您可以使用任何方式发布 /cmd_vel 指令来控制机器人。

在 navigation_launch.py 启动的导航流程中，除了SLAM部分已提到的接口外，还需要关注Nav2自身的配置。

1. 必需的输入接口 (Your System MUST Provide These)

除了SLAM部分的 /scan, /odom, /tf 之外，Nav2还需要：

接口 (话题/服务/动作)	类型	发布者/客户端 (仿真中)	订阅者/服务器 (仿真中)	实车操作指南
`/initialpose`	`PoseWithCovarianceStamped`	`initial_pose_publisher` 或 RViz	`amcl`	【关键】在开始导航前，必须为AMCL提供一个初始位姿估计。
`/goal_pose`	`PoseStamped`	RViz或您自己的应用	`nav2_bt_navigator`	【关键】这是导航的目标点。
`/cmd_vel`	`Twist`	(Nav2提供) `nav2_controller`	您的机器人底层驱动	【核心任务】您需要编写一个底层驱动节点，该节点订阅 `/cmd_vel` 话题，并将收到的速度指令转换为对您机器人电机/舵机的实际控制信号。

2. 关键的输出接口 (Nav2 Provides These for You)

接口 (话题/服务/动作)	类型	发布者/服务器	实车调试要点
`/plan`	`Path`	`nav2_planner`	显示全局规划路径。
`/local_plan`	`Path`	`nav2_controller` (DWB)	显示本地规划路径。
`/amcl_pose`	`PoseWithCovarianceStamped`	`amcl`	AMCL发布的机器人当前位姿和不确定性。
`/global_costmap/costmap`	`OccupancyGrid`	`nav2_costmap_2d`	全局代价地图。
`/local_costmap/costmap`	`OccupancyGrid`	`nav2_costmap_2d`	本地代价地图。

3. 需要重点关注的配置文件

urdf/robot.urdf:
- 同SLAM部分，但这里的重点是确保物理尺寸和碰撞模型准确，因为Nav2严重依赖这些信息来避免碰撞。
config/nav2_params.yaml:
- amcl: 确保 base_frame_id, odom_frame_id, global_frame_id 与您的TF树一致。
- controller_server (DWB):
  - max_vel_x, max_vel_theta, acc_lim_x, acc_lim_theta: 【关键】 这些参数必须根据您真实机器人的最大速度和加速度能力进行修改。
- local_costmap & global_costmap:
  - robot_radius 或 footprint: 【关键】 如果您的机器人是圆形的，请设置准确的 robot_radius。如果不是，请使用 footprint 参数定义其精确的多边形轮廓。
  - inflation_radius: 膨胀半径，需要根据机器人尺寸和期望的行驶行为进行调整。
  - scan (in observation_sources): 确保话题名称、传感器量程等与您的真实激光雷达匹配。
- planner_server (NavFn):
  - tolerance: 到达目标的容忍距离，可以根据精度要求调整。
launch/navigation_launch.py:
- 移除Gazebo: 同SLAM部分，移除 gazebo 和 spawn_entity 节点。
- map argument: 确保您在启动时传入的地图文件是您通过SLAM构建并保存的真实环境地图。
- initial_pose_publisher: 修改此节点的参数以匹配您希望机器人在地图上的默认启动位置。

硬件驱动: 编写或配置您的激光雷达驱动和电机控制器，使其分别发布 /scan 话题和订阅 /cmd_vel 话题，并发布 /odom 和 odom->base_link 的TF。
URDF修改: 更新 robot.urdf 以反映真实机器人的尺寸、碰撞模型和关节。移除所有Gazebo插件。
TF树验证: 测量并更新launch文件中的 static_tf_base_to_laser。运行 tf2_echo 来验证树是否正确连接。
SLAM测试: 运行修改后的 slam_launch.py。遥控机器人在环境中移动，观察RViz中的建图效果。根据效果调整配置。建图完成后使用 map_saver_cli 保存地图。
导航配置: 将保存的地图文件放入 maps 文件夹。仔细修改 nav2_params.yaml 中的机器人物理参数（速度、加速度、尺寸）。
导航测试: 运行修改后的 navigation_launch.py。在RViz中设置初始位姿，观察AMCL粒子是否收敛。在RViz中设置导航目标，观察机器人是否能够安全、平稳地到达。根据导航行为反复调试参数。

Yusialone